Recursos Técnicos para Reducir las Emisiones de los Gases de Efecto Invernadero en el Transporte Marítimo (II)

Optimización de la carena

Mediante la optimización hidrodinámica de la carena es posible reducir la resistencia al avance, y no sólo en condiciones de aguas tranquilas, sino también mediante la mejora del comportamiento en el mar, donde la operación del buque no siempre es en condiciones de aguas tranquilas, ni mucho menos.

 

Ejemplo del uso del software CFD (dinámica fluida de cómputo) que ha hecho posible la optimización eficiente del casco

Wärtsilä realizó una presentación en la cual evaluó un número de nuevas tecnologías y conceptos de diseño.

Esta presentación tuvo como objetivo lograr aumentar la eficiencia energética, reducir los gastos de explotación y reducir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera de los distintos tipos de barcos.

Un barco, considerado hace diez años con un desempeño hidrodinámico excelente, hoy con la aplicación de las nuevas tecnologías, necesita el 10% menos de fuerza propulsora para mantener la misma velocidad.

Nuevos conceptos de diseño y el uso del software CFD (dinámica fluida de cómputo), ha hecho posible la optimización eficiente del casco y es hoy el estándar en cualquier proyecto de una nueva construcción.

Dentro del apartado de la optimización hidrodinámica, un capítulo muy importante es el rendimiento de la hélice.

Como un ejemplo del cambio de la hélice podemos mencionar:

El Buque Pesquero “ILA”  de Pescanova y el proyecto del cambio de la Hélice.

Dentro del proyecto SUPERPROP, en el buque pesquero “ILA”, después de analizar las pruebas de mar con el propulsor original (2006) se dedujo que el propulsor estaba trabajando con exceso de paso, debido a sobrecarga por envejecimiento combinada con un diseño original quizá no muy adecuado.

Otro campo puede ser la optimización del calado y trimado (diferencia de calados entre proa y popa), con vistas a conseguir una inmersión óptima del bulbo de proa.

 

Las fotografías demuestran visualmente de qué forma tan decisiva influye la inmersión del bulbo de proa en el sistema de olas generado por el buque, que puede ser muy negativo (izquierda), hasta casi óptimo (derecha), pasando por muchas posibilidades intermedias (centro).

La inmersión del bulbo de proa resulta decisiva a este respecto. El mero hecho de vigilar y optimizar permanentemente este punto puede suponer ahorros de potencia (y emisiones) hasta de un 7%.

Ejemplo de un nuevo diseño de la proa:

La proa ULSTEIN X-BOW. Un diseño noruego de Ulstein Design

El concepto de arco ULSTEIN X-BOW ® fue lanzado en 2005 (proa invertida) por Ulstein Design de Noruega y en ella el desarrollo de la Roda es antagónico con la de los buques convencionales. Con este sistema se reduce el cabeceo del barco, aumenta la velocidad de crucero y la aceleración.

Ejemplo de reducción de fricción entre el casco y el agua:

Los barcos pierden una gran cantidad de energía debido a la fricción del casco con el agua. Mitsubishi Heavy Industries Ltd. (MHI) ha botado el buque portacontenedores Yamatai, equipado con un innovador sistema, con el objeto de reducir la resistencia friccional entre el casco del buque y el agua del mar. El desarrollo de esta tecnología permite un ahorro importante en el consumo de combustible.

El sistema llamado Mitsubishi Air LubricationSystem que es conocido con el acrónimo de "MALS", introduce una capa de burbujas de aire entre el casco de la nave y el agua de mar reduciendo la resistencia a la fricción entre ambos.

Norberto Sánchez

Recursos Técnicos para Reducir las Emisiones de los Gases de Efecto Invernadero en el Transporte Marítimo

En respuesta al cambio climático y a la mayor concientización de protección del medio ambiente, el problema ecológico ha cobrado en los últimos años mayor importancia.

El calentamiento global es, por definición, un problema de escala mundial y el transporte marítimo es el más globalizado de los sectores económicos.

Es la espina dorsal del comercio internacional y la economía mundial. Cerca del 80% del comercio mundial en volumen, y más del 70% del comercio mundial en valor, se realiza por mar utilizando puertos en todo el planeta. 

La intensidad del tráfico marítimo medido en toneladas por kilómetro está creciendo entre un 4 y un 6% anual, incluso en un escenario de recesión económica. Además se cree que esta tendencia continuará ya que el transporte marítimo es reconocido como el medio más rentable de transporte hoy en día. 

Es, por tonelada transportada, el sistema más eficiente y, por tanto, ecológico que existe. A pesar de ello es importante que el sector implemente medidas que contribuyan a la reducción de emisiones de gases contaminantes.

Consciente de ello, el transporte marítimo aporta algunas ideas e iniciativas dirigidas a aumentar la eficiencia de los buques, optimizando el consumo de energía y reduciendo las emisiones de CO2 para cumplir con los cada vez más estrictos requisitos medioambientales.

Como me réferi en un post anterior, se puede aplicar al transporte marítimo recursos técnicos que permitan reducir aún más sus emisiones unitarias (t x km).

 

El primero de ellos se refería a la economía de escala:

 

La Figura 1 muestra como, al aumentar el tamaño del buque (el peso muerto, dwt), las emisiones de CO2 disminuyen asintóticamente.

 

Por el contrario, al disminuir el tamaño, las emisiones específicas aumentan también asintóticamente.

 

Por tanto, en principio, al aumentar el tamaño de los buques se reducen las emisiones.

Figura 1

Una nave más grande puede transportar más carga a la misma velocidad con menos energía por unidad de carga.

Como ejemplo podemos dar los nuevos buques de la clase Triple-E de Maersk.

Al pensar en el diseño, la capacidad de contenedores fue la prioridad superior. Se partió del diseño del Buque Emma Maersk y se efectuaron cambios para aumentar la capacidad de carga de contenedores. 

Con 400 metros de largo, 59 metros de ancho y 73 metros de altura, los Triple-E serán los buques más grandes de la actualidad. Tendrán una capacidad para 18.000 contenedores de veinte pies, un 16 % más (2.500 contenedores) que el mayor buque portacontenedores actual, el Emma Maersk.

Con solo 4 mts más de Eslora, pensar en un casco más ancho fue esencial. El casco de forma de V de Emma Maersk es muy bueno para la resistencia en el agua, pero limita el espacio para los contenedores hacia el fondo del “V”. En el nuevo diseño, el casco tiene más forma de “U” y modificaciones en la proa bulbo.

Estos buques producirán un 20% menos de CO2 por contenedor transportado en comparación con los actuales y un 50% menos que la media del sector en las líneas entre Europa y Asia.

Además, consumirán, aproximadamente, un 35% menos de combustible por contenedor que los buques de 13.100 TUE.

Por último, sobre este tema, no se trata de aumentar solamente el número de contenedores; se trata de ser capaz de transportar más contenedores con carga y poder tener más opciones en cuanto a dónde cargar, lo que puede ayudar a acelerar las operaciones de carga, reduciendo el tiempo en el puerto, la energía utilizada y aumentar así la eficiencia de los activos tanto en puerto como en navegación. Cuanto mayor es el buque, mayor será el beneficio ya que la eficiencia es escalable.

El segundo de los recursos técnicos se refería a Aumentar el Rendimiento de la Maquinaria.

La Figura 2  muestra que, en los últimos 40 años, gracias a las mejoras tecnológicas introducidas en el proyecto de los motores diesel, el consumo específico de los motores marinos, en gramos de combustible / (kW x hora), se ha reducido en más de un 25%.

Figura 2

A pesar de las dificultades para aumentar el rendimiento de los motores, tanto principales (propulsores) como auxiliares (de generación eléctrica), es posible aumentar la eficiencia energética del conjunto de la maquinaria de a bordo mediante sistemas de recuperación del calor (Figura 3).

Figura 3

Como ejemplo podemos referirnos al Buque Marco Polo perteneciente a la naviera CMA CGM, que además de su gran capacidad para transportar contenedores (16.000 TEUs), este buque está equipado con las últimas tecnologías de respeto al medio ambiente.

Está propulsado por un motor Wärtsilä de 68.000 kw de potencia controlado por sistemas electrónicos que reduce el consumo de combustible en un 3% y de aceite en un 25% de media.

El motor es la versión de 11 cilindros del mayor motor del mundo, que es el instalado a bordo del Emma Maersk (14 cilindros modelo 14RT-flex96C, de 80.080 Kw).

También se han hecho modificaciones para reducir los NOx en los gases de escape y cumplir con el nivel III de emisiones, así como en el sistema de alimentación para facilitar el uso de diesel-oil con bajo contenido de azufre en los puertos europeos.
 
Dispone de un sistema by-pass para el tratamiento de gases de escape que mejora la eficiencia energética del motor, reduciendo el consumo de combustible en 1,5% a bajas velocidades.
 
Con este tipo de propulsión se anticipa a lo dispuesto en la normativa de la OMI sobre implantación uniforme de las enmiendas del anexo VI del convenio MARPOL. En este anexo se añade un nuevo Capítulo 4 acerca de normativa obligatoria en materia de eficiencia energética para embarcaciones que exige calcular un Índice de Eficiencia Energética (Energy Efficiency Design Index, EEDI)  para los buques de más de 400  TRB.

Las embarcaciones nuevas, de manera progresiva según tipologías, deberán entregarse con el Índice de Eficiencia Energética en el Diseño (EEDI), que es un sistema para garantizar la reducción de emisiones de CO2. Las previsiones llevarían a un 10% de reducción en las emisiones a la atmósfera de este gas.

En el sitio web de BIMCO, Baltic and International Maritime Council se ofrece un calculador del EEDI, en formato Microsoft Excel.

La OMI ha fijado como objetivo un 30% de reducción del EEDI en el año 2025. El Buque Marco Polo tiene un índice 10,37, con lo que hoy ya cumple con el objetivo fijado para el 2025.

En un próximo post me referiré a otros recursos técnicos que se pueden aplicar al transporte marítimo que permitan reducir aún más sus emisiones unitarias (t x km). 

Norberto Sánchez

Emisión de Gases de Efecto Invernadero del Transporte Marítimo

Según estudios del International Transport Forum (ITF) de la OCDE, en 2005 (Fig. 1), el 45,4% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero generadas por el hombre, se debieron a la generación de energía, actividad que es, con gran diferencia, la principal emisora de estos gases.

En segundo lugar figura el transporte en su conjunto, con un 23%, seguido de la Industria y Construcción (19,1%). Todos los demás sectores sumaban un 12,2%.

 

Dentro de esos 23 puntos atribuidos al transporte, la cuota más importante corresponde, con gran diferencia, al transporte por carretera (17 puntos, un 73,9% de las emisiones del transporte) y 2,7 puntos (11,7% del sector transportes) al transporte marítimo.

 

Según el mismo estudio, el transporte marítimo genera sólo un 2,4% de las emisiones mundiales totales de CO2 producidas por el hombre. Otros estudios internacionales más recientes atribuyen al transporte marítimo cuotas ligeramente superiores, que oscilan entre un 2,7% y hasta un 3,9%.

 

Figura 1

En un estudio de 2008, el ITF (OCDE) estimó la evolución previsible de las emisiones de los diferentes modos de transporte entre 2000 y 2050.

 

La Figura 2 ilustra las conclusiones de este estudio, en términos de millones de toneladas equivalentes de CO2.

 

La curva azul claro que representa al transporte marítimo (water-borne) prácticamente se superpone, a lo largo de todo el periodo considerado, con la marrón de “Otros modos de transporte”, experimentando el menor crecimiento de todos los modos.

Figura 2

El verdadero problema: Los vehículos ligeros generan (43,3%) más de 4 veces las del transporte marítimo (10,3%).

 

La Figura 3 recoge los mismos resultados de la figura anterior en forma numérica y en porcentaje de las emisiones totales de CO2 del transporte.

 

Cabe señalar que, mientras en 2010 el transporte marítimo generó el 10,3% del CO2 emitido por el transporte, este porcentaje se espera disminuya en 2050 al 8,0%.

Figura 3

Por el contrario, el transporte aéreo, que tenía en 2010 una cuota del 14,8%, se espera que crezca hasta el 23,0%.

 

A lo largo de todo el periodo, los camiones de carga mantendrían sensiblemente una cuota de entre el 23 y 24%.

 

Finalmente, los coches privados y furgonetas (Vehículos Ligeros, Light Duty Vehicles, LDV), que suponen actualmente el 41,9%, se espera reduzcan su cuota hasta el 36,5% en 2015.

 

En todo caso, el transporte por carretera (suma de camiones y vehículos ligeros) generó en 2010 el 65,3% de las emisiones totales del transporte y sólo reducirá su cuota al 59,9% en 2050.

 

¿Deberíamos deducir de estas cifras que las emisiones del transporte marítimo son comparativamente menores, y que al estar además previsto que su participación en las emisiones totales se reduzca, no debemos preocuparnos por ellas?

 

Dentro del reto global, aceptado por la sociedad, de que todos los sectores productivos contribuyan, de una forma equilibrada, a la reducción de las emisiones de CO2, el transporte marítimo debe también asumir su cuota parte.

 

De hecho, aunque hasta ahora el transporte marítimo está excluido del ámbito de aplicación de la Convención Marco de la ONU contra el Cambio Climático (UNFCC), el sector marítimo tiene plenamente asumido el compromiso de aportar una contribución real y efectiva en la medida de sus posibilidades.

 

En consecuencia, el objetivo realista del sector debe ser, principalmente, reducir las emisiones específicas en gr CO /(t x milla).

 

Al plantearse una regulación del sector, es imprescindible conocer el punto del que parte el transporte marítimo en materia de eficiencia específica.

 

Muchos estudios demuestran que el buque es, con gran diferencia, el medio de transporte más eficiente en el uso de la energía.

 

El consumo de combustible por t x km de un buque tanque pequeño, de sólo 3.000 toneladas de peso muerto, es hasta 4 veces inferior que el equivalente al transporte por carretera y la mitad que el de un tren transportando graneles sólidos.

 

Comparándolo con el de un portacontenedores pequeño, por ejemplo, de unos 1.200 teu (frente a los más de 10.000 teu de los buques que se construyen actualmente), llega a ser hasta 10 veces menor que el del transporte por carretera.

 

Los recursos técnicos que puede aplicar el transporte marítimo para reducir aún más sus emisiones unitarias (por t x km) se pueden clasificar en los siguientes grupos:

 

1. Apurar al máximo el efecto de las economías de escala. Al aumentar el tamaño al doble, los costes no se duplican. Para mayor porte, el coste de transporte por t x km es menor.

2. Aumentar rendimiento de la maquinaria, tanto principal (propulsión) como auxiliar (generación de electricidad a bordo). 

3. Optimizar la hidrodinámica de casco y hélice (dimensionamiento, formas de la carena, proyecto hélice, etc.). 

4. Optimizar la gestión operacional: velocidad operativa, calados/trimado, selección de ruta en función del estado de la mar, etc.). 

5. Reducir la velocidad.

En un próximo post me referiré a estos 5 puntos

Fuente: ANAVE