La riduzione delle emissioni: il Life-Cycle Assessment
La riduzione delle emissioni e la lotta all’inquinamento sono i temi più discussi nell’industria marittima a causa della crescente necessità di proteggere l’ambiente.
Indagini precedenti hanno presentato alcune delle possibili soluzioni per affrontare questo problema, tra cui i carburanti alternativi (metanolo, gas naturale liquido, idrogeno) e soluzioni nucleari. Tuttavia, la ricerca di una soluzione alternativa deve considerare molti aspetti e non solo le emissioni derivanti dal suo utilizzo a bordo.
È infatti necessario valutare l’intero ciclo di produzione per tener conto delle emissioni prodotte non solo durante l’uso a bordo, ma anche durante la produzione, il trasporto e, eventualmente, lo smaltimento. Questo viene fatto utilizzando ciò che è conosciuto come Valutazione del Ciclo di Vita (LCA), che è un metodo strutturato e standardizzato a livello internazionale per quantificare gli impatti potenziali sull’ambiente e sulla salute umana associati a un bene o servizio, a partire dal relativo consumo di risorse ed emissioni.
Un tale strumento è particolarmente necessario in un’epoca in cui è comune pubblicizzare prodotti e soluzioni “verdi” che, tuttavia, spesso lo sono solo in apparenza. Un esempio classico riguarda l’utensileria da cucina migliore da utilizzare. Attraverso uno studio LCA condotto nel 2015, analizzando l’intero ciclo di vita, è emerso che l’uso di stoviglie in porcellana ha il minor impatto ambientale (considerando un ciclo di vita di 1000 lavaggi).
LCA
Confrontando la porcellana con i prodotti usa e getta, si è scoperto che la seconda soluzione migliore è legata all’uso di prodotti in polipropilene e polistirene (i comuni piatti di plastica), seguiti dai prodotti in PLA e, infine, con valori significativamente più alti in termini di inquinamento, i prodotti a base di cellulosa. Questa conclusione apparentemente sorprendente dimostra chiaramente quanto sia importante questo tipo di studio per evitare di presentare una soluzione come “verde” quando, come in questo caso, si rivela la peggiore dal punto di vista ambientale.
Lo studio LCA può quindi essere condotto per qualsiasi prodotto e, di conseguenza, anche per i carburanti. Ovviamente, qualsiasi sistema di analisi deve considerare una serie di condizioni e deve essere universalmente applicabile per evitare risultati falsi.
Pertanto, nel campo marittimo è stato deciso che il miglior sistema consiste nel confrontare le emissioni di CO2 dei carburanti attuali con i carburanti “del futuro”. La misura candidata nella Strategia Iniziale sulle emissioni di gas a effetto serra (GHG) dell’IMO si riferisce allo sviluppo di linee guida sull’intensità del CO2 durante il ciclo di vita per tutti i tipi di carburanti, facendo riferimento alla valutazione delle emissioni di GHG dalla produzione del carburante all’uso a bordo della nave. Questo è necessario perché i futuri carburanti a basse emissioni di carbonio e a zero carbonio hanno differenti vie di produzione (ad esempio, diverse generazioni di biocarburanti, carburanti all’idrogeno, ecc.) che comportano significative differenze nell’impronta ambientale complessiva.
Per affrontare adeguatamente questa esigenza, le analisi vengono condotte valutando le emissioni di anidride carbonica equivalente (CO2e) nell’intero processo dal pozzo al momento dell’utilizzo (Well-to-Wake), come somma delle emissioni “upstream” (dal pozzo al serbatoio, dalla produzione ai serbatoi), quindi l’estrazione, la lavorazione, il trasporto e le emissioni “downstream” (dal serbatoio al momento dell’uso), quindi il rifornimento, lo stoccaggio a bordo e il consumo. Oltre al carbonio (CO2) stesso, il CO2 equivalente include anche gas serra come il metano e l’ossido di diazoto.
Costa Smeralda
Ciò è dovuto al fatto che concentrarsi solo sul CO2 e ignorare gli altri inquinanti rischierebbe di sottostimare significativamente l’inquinamento climatico causato dalla navigazione, il che ostacolerebbe il raggiungimento dell’obiettivo dell’Accordo di Parigi di limitare il riscaldamento globale a 1,5 gradi Celsius al di sopra dei livelli preindustriali.
Il processo di valutazione si basa sul Documento 5213/22 del 11 gennaio 2022 emesso dal Consiglio dell’Unione Europea, che consente il calcolo dei fattori di emissione di GHG sia per i carburanti che per altre fonti di energia lungo tutta la catena di approvvigionamento come la somma di 2 diverse contribuzioni: GHG WtT (dal pozzo al serbatoio) e GHG TtW (dal serbatoio al momento dell’uso). Questi fattori sono ottenuti calcolando le emissioni GHG CO2e, valutate rispetto ai valori del potenziale di riscaldamento globale su un periodo di 100 anni (GWP100), che identifica il calore assorbito da qualsiasi GHG nell’atmosfera come un multiplo del calore che sarebbe assorbito dalla stessa massa di anidride carbonica.
LCA
Considerando una nave da crociera e le sue esigenze energetiche (principalmente suddivise in 3 macro aree: propulsione, aria condizionata e servizi vari), sono state analizzate le seguenti possibili soluzioni alternative:
– Carburanti tradizionali: olio combustibile pesante (HFO) e gasolio marino (sia MGO che MDO);
– Metanolo, nelle versioni “verdi” (ottenute attraverso processi di fermentazione delle piante) e “brown” (le più inquinanti);
– Ammoniaca;
– Idrogeno (attraverso l’uso di celle a combustibile);
– Gas naturale liquefatto (LNG);
– Batterie al litio.
Dopo aver effettuato uno studio LCA dal pozzo al momento dell’uso, si sono raggiunte le seguenti conclusioni:
Sulla base dei valori di CO2e emessi dai vari carburanti, la soluzione migliore sembra essere l’uso del metanolo (verde), garantendo le migliori prestazioni ambientali a discapito dell’autonomia di circa il 50% (per la stessa quantità di spazio disponibile a bordo rispetto all’uso di carburanti tradizionali HFO/MGO/MDO).
Tuttavia, questa soluzione è attualmente realizzabile solo per le navi di nuova costruzione o mediante un forte investimento a causa della necessità di retrofit particolarmente aggressivi che richiedono almeno 2-3 mesi di lavoro, nonché la necessità di riprogettare numerosi sistemi a bordo (con costi significativi, sia di progettazione che di costruzione). Una conversione a metanolo comporta anche notevoli modifiche nella distribuzione del peso a bordo, e questa potrebbe essere una condizione tale da renderla impossibile per alcune navi.
LCA
In ogni caso, il metanolo si rivela la soluzione migliore solo se utilizzato nella sua variante “verde”, poiché l’uso di metanolo non verde produce più emissioni di qualsiasi altro carburante. Al momento, però, non è possibile utilizzare il metanolo verde a causa della sua produzione ancora limitata, dei costi elevati e della catena di approvvigionamento estremamente limitata.
La soluzione alternativa, seppur più inquinante del metanolo, ma notevolmente meno dei carburanti tradizionali, è l’uso del gas naturale liquefatto (LNG). Questa soluzione richiede tuttavia l’uso di serbatoi specifici a bordo, il posizionamento dei quali è fortemente vincolato dalle normative di sicurezza e quindi non è applicabile alle navi già costruite ma solo alle nuove costruzioni, poiché, in poche parole, bisogna costruire la nave attorno ai serbatoi. Inoltre, è necessario considerare alcuni problemi derivanti dall’uso del LNG, per i quali, tuttavia, il mercato ha subito fornito soluzioni, molte delle quali sono già in uso.
L’uso delle batterie, dal punto di vista LCA, è la soluzione meno efficace, a causa del suo elevato fattore di inquinamento dovuto alla produzione e allo smaltimento delle batterie combinato con il fattore di bassa densità di potenza. Le batterie attuali (al litio) comportano l’uso di pesi considerevoli a bordo, garantendo relativamente poca potenza (circa 6 tonnellate per 1 MW). Rimangono, comunque, una soluzione praticabile per utilizzi “intelligenti”, come, ad esempio, durante le ore di sosta nei porti a bordo dei traghetti. Sulle navi da crociera di oggi, che comunque richiedono basse cariche non inferiori a 2-3 MW, la quantità (e quindi il peso) sarebbe troppo elevato per consentirne l’uso.
Carnival Celebration
Infine, basandosi sui limiti mostrati dalle tecnologie attuali, un’altra possibilità per contenere le emissioni è l’uso di carburanti non fossili, come HVO, FAME e biocarburanti, che possono ridurre concretamente la quantità di emissioni, possibilmente anche mescolandoli con carburanti tradizionali.
Come si può vedere, l’idrogeno, così come l’ammoniaca, non sono stati considerati perché, fino a oggi, la loro produzione è inquinante. Nel caso dell’idrogeno, non esistono attualmente celle a combustibile in grado di soddisfare le esigenze di potenza richieste dalle navi. Tuttavia, numerose aziende stanno lavorando allo sviluppo di questa tecnologia, ampiamente utilizzata, ad esempio, dai sottomarini della marina (il modello U212-A utilizza, infatti, celle a combustibile alimentate a idrogeno per la navigazione subacquea). Lo studio attuale riguarda l’aspetto dello stoccaggio a bordo, che è complicato dalle proprietà fisiche di quest’ultimo. Una nuova valutazione LCA veritiera può essere effettuata solo quando tutti i dati sono disponibili per produrre non solo il carburante stesso, ma anche tutto ciò di cui ha bisogno la catena di approvvigionamento (trasporto, stoccaggio).
Mardi Gras
In conclusione, la ricerca nel settore marittimo non è mai stata così determinata a trovare una o più soluzioni per ridurre le emissioni così come il consumo, poiché hanno un forte impatto non solo sull’ambiente ma anche sugli armatori stessi. Non è facile identificare una singola soluzione universalmente valida, ma in un certo senso il percorso è stato tracciato e gli anni a venire ci diranno quale direzione verrà presa. A partire da oggi, tuttavia, sappiamo molto accuratamente cosa comporta ciascuna soluzione e, basandoci su questa conoscenza, è necessario sviluppare soluzioni ancora più innovative.
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