Capt. Nguyễn Đức Minh - DPA

Theo cơ quan khoa học khí hậu của Liên hợp quốc, Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), để đạt được mục tiêu giữ cho nhiệt độ Trái Đất không tăng quá 1,5 độ, đồng nghĩa toàn cầu phải cắt giảm gần một nửa lượng khí thải vào năm 2030 và xuống mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Mức phát thải ròng bằng “0” là không thêm lượng khí thải mới vào bầu khí quyển hoặc chúng ta vẫn có thể phát thải khí nhà kính song phải bù đắp bằng các hoạt động loại bỏ khí nhà kính như trồng rừng hoặc công nghệ thu hồi các-bon.

Vận tải biển hiện đang phải chịu trách nhiệm cho gần 3% lượng khí thải toàn cầu, tạo ra khoảng 1 tỷ tấn CO2 và khí nhà kính mỗi năm. Nếu là một quốc gia, nó sẽ là quốc gia gây ô nhiễm lớn thứ sáu trên thế giới.

Ngành vận tải biển đang được cho là tác nhân gây ô nhiễm đáng kể và thường xuyên bị giám sát chặt chẽ vì tác động lớn của nó vào việc phát thải khí nhà kính trên thế giới

Nếu ngành hàng hải không có hành động tiếp theo để giảm đủ nhanh lượng khí thải thì đến năm 2050, dự kiến lượng khí thải này sẽ ở mức 90–130% so với mức năm 2008.

Vì vậy, để đạt được mục tiêu chung toàn cầu phải cắt giảm gần một nửa lượng khí thải vào năm 2030 và xuống mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đã đề ra lộ trình được cụ thể hóa trong Chiến lược Khí nhà kính của IMO: giảm lượng khí thải CO2 trên mỗi thiết bị vận tải, trung bình trên toàn tuyến vận tải quốc tế, ít nhất 40% vào năm 2030, theo đuổi nỗ lực hướng tới mức 70% vào năm 2050, so với năm 2008.

Biện pháp ngắn hạn được IMO đưa ra nhằm giảm lượng khí thải nhà kính của tàu là đánh giá Chỉ số hiệu quả năng lượng tàu hiện có (Energy Efficiency eXisting ship Index- EEXI). EEXI là một thước đo liên quan đến thiết kế kỹ thuật. Các tàu phải phê duyệt giá trị EEXI  trước khi  được cấp giấy chứng nhận phù hợp tại cuộc kiểm tra định kỳ đầu tiên trong năm 2023. Tất cả các Nhà quản lý khai thác tàu phải báo cáo lượng khí thải và hoạt động của tất cả các tàu!

Từ năm 2023, tất cả các tàu phải được tính toán Tỷ lệ hiệu quả hàng năm (Annual Efficiency Ratio-AER) và thu thập dữ liệu để báo cáo chỉ số cường độ carbon hoạt động hàng năm (Carbon Intensity Indicator rating-CII) và xếp hạng CII.

CII là chỉ số hiệu quả hoạt động để đo cường độ carbon của tàu theo thời gian và được tính bằng gam CO2 thải ra trên mỗi sức chở hàng hóa và số hải lý đã đi. Nó sẽ được áp dụng đối với tất cả các tàu chở hàng, RoPax và tàu khách có GT trên 5000T.

Công thức tính CII đạt được như sau:

CII được tính bằng lượng nhiên liệu tiêu thụ nhân với lượng CO2 thải ra, chia cho quãng đường tàu đã đi nhân với trọng tải (nói cách khác là (Mức tiêu thụ nhiên liệu hàng năm x Hệ số phát thải CO2) / ( Quãng đường đi hàng năm x Dung tích thiết kế của tàu)‍).

Tác động của hạng Chỉ số cường độ các bon CII đến các tàu

Hạng CII	Thưởng/Phạt
A&B	Không phạt. Có thể được thưởng
C	Không phạt, không thưởng
D	Lập kế hoạch giảm phát thải các bon nếu bị hạng D 3 năm liên tiếp
E	Lập kế hoạch giảm phát thải các bon ngay

 

Mục đích của việc xếp hạng CII là để thúc đẩy các tàu phải liên tục cải thiện việc xếp hạng và qua đó giảm lượng khí thải.

Mặc dù việc thực hiện phức tạp nhưng biện pháp CII này sẽ đảm bảo rằng tàu vẫn tuân thủ trong nhiều năm một khi đạt được kế hoạch.

Sau năm 2023, dựa trên CII đạt được của năm, tàu sẽ được phân hạng CII (hạng A,B,C,D và E) trong đó A là hạng tốt nhất và E là hạng kém nhất, để tuân thủ, tàu cần ít nhất được xếp hạng C.

Hiện tại IMO mới chỉ đưa ra chỉ tiêu các hạng cho 4 năm (2023 đến 2026). Việc phân hạng là nghiêm ngặt dần theo từng năm. Hệ số giảm thiểu cho những năm sau năm 2026 sẽ được quyết định dựa trên kết quả đánh giá của IMO về những tác động đạt được cho đến năm 2025.

Những tàu không tuân thủ sẽ phải thực hiện các cải tiến liên tục nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của tàu. Nhiều khả năng sẽ cần có sự kết hợp của nhiều biện pháp để đáp ứng các yêu cầu của CII.

Các biện pháp tuân thủ EEXI  

 Hiện nay hầu hết các chủ tàu sẽ cố gắng tuân thủ EEXI bằng cách áp dụng giới hạn công suất động cơ (EPL) hoặc giới hạn công suất trục (ShaPoLi). Giới hạn công suất có nghĩa là giảm tốc độ di chuyển tối đa của tàu và đây là phương pháp nhanh chóng và dễ dàng để tuân thủ EEXI vì công suất động cơ chính là yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến công thức tính toán EEXI.

Giảm tốc độ có thể là một lựa chọn hợp lý nếu tàu có công suất lắp đặt cao và tốc độ thiết kế cao. Việc giảm tốc độ tàu bằng giới hạn năng lượng có thể đảm bảo tuân thủ EEXI theo một lịch trình chặt chẽ.  

Tuy nhiên, đối với các tàu có công suất lắp đặt và tốc độ thiết kế không cao thì để tuân thủ quy định EEXI mà không làm giảm tốc độ, ảnh hưởng đến việc khai thác tàu đang là bài toán khó? Dưới đây là một số biện pháp mà hiện nay một số Chủ tàu đang thực hiện để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm lượng khí thải mà không làm giảm tốc độ tàu :

1. Lắp đặt công nghệ tiết kiệm năng lượng
2. Lắp đặt hệ thống máy phát đồng trục
3. Áp dụng hệ thống hybrid
4. Sử dụng nhiên liệu thay thế

 

Các lựa chọn để cải tiến thiết kế tàu theo EEXI

1. Công nghệ tiết kiệm năng lượng

Công nghệ tiết kiệm năng lượng (EST) tác động trực tiếp đến hiệu suất động cơ đẩy của tàu, ví dụ bằng cách giảm lực cản thân tàu và cải thiện lực đẩy chân vịt. Hiện nay chúng là lựa chọn phổ biến của các Chủ tàu bởi vì, với sự kết hợp phù hợp, chúng có thể giảm lượng khí thải tới 28%.  Dưới đây là một số công nghệ tiết kiệm năng lượng đã được một số hãng tàu áp dụng:

Cánh buồm cánh quạt cơ học khai thác năng lượng tái tạo của gió để cung cấp lực đẩy phụ cho tàu

EnergoFlow là stator trước xoáy tạo ra dòng vào tối ưu cho cánh quạt, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải trong mọi điều kiện vận hành. EnergoProFin là nắp chân vịt tiết kiệm năng lượng với các cánh quay cùng với chân vịt. Nó làm giảm tổn thất năng lượng do xoáy ở trục chân vịt tạo ra, tăng hiệu suất đẩy tổng thể và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải.

2. Lắp đặt hệ thống máy phát đồng trục

Hệ thống máy phát điện trục đã tồn tại trong nhiều thập kỷ. Chúng có thể cung cấp tất cả lượng điện mà tàu cần khi di chuyển bằng cách sử dụng động cơ chính thay vì máy phát điện phụ để tạo ra điện. Các công nghệ và phần mềm chuyển đổi hiện đại giúp có thể tạo ra điện trên phạm vi vòng tua động cơ rộng. Do tác động tích cực của chúng đối với Chỉ số thiết kế hiệu quả năng lượng của tàu (EEDI – chỉ số tương ứng với EEXI dành cho tàu đóng mới), hệ thống máy phát điện trục hiện đã trở thành tiêu chuẩn trên hầu hết các tàu đóng mới.

Hệ thống máy phát đồng trục có thể cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng của tàu từ 3–5% và cắt giảm chi phí nhiên liệu cũng như chi phí vận hành tổng thể. Nếu thời gian tàu chạy càng nhiều thì thời gian hoàn vốn càng nhanh. Nếu tàu đã lắp đặt một số EST, máy phát trục thường được coi là lựa chọn kỹ thuật tốt nhất tiếp theo để tuân thủ EEXI đồng thời giảm OPEX và tác động tích cực đến xếp hạng CII của tàu.

Hệ thống máy phát điện đồng trục sẽ cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của tàu và giảm lượng khí thải vì chúng sử dụng động cơ chính thay vì động cơ phụ để tạo ra điện sử dụng trên tàu

3. Hệ thống hybrid

Hệ thống hybrid thường kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin và động cơ thông thường. Để tận dụng tối đa công nghệ hybrid, bạn cần có hệ thống quản lý năng lượng chuyên dụng (Energy management system -EMS) để tối ưu hóa sự tương tác của các nguồn điện khác nhau và bảo vệ pin bằng cách điều khiển trực tiếp bộ chuyển đổi xác định tốc độ sạc và xả. Một hệ thống quản lý năng lượng tiêu chuẩn (A standard power management system -PMS) thông thường sẽ không thực hiện được công việc này.

Hệ thống hybrid trên tàu có thể giúp cắt giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải từ 15–25% so với động cơ đẩy chạy bằng nhiên liệu diesel. Bạn cũng được hưởng lợi từ việc máy phát điện phụ ít hao mòn hơn vì chúng không hoạt động khi nguồn khi pin khởi động, do đó chi phí bảo trì cũng thấp hơn.

Khi tàu chạy bằng pin, nó cũng tạo ra ít tiếng ồn và độ rung hơn, do đó, hành khách và thủy thủ đoàn sẽ yên tĩnh hơn và thoải mái hơn. Và nếu nguồn điện ven bờ được cung cấp khi tàu ghé vào các cảng, thì điện cung cấp cho tàu đã đến từ 50% nguồn tái tạo.

Nếu hệ thống hybrid của tàu được dự định trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình lắp đặt 'công nghệ nguồn điện miễn phí' chẳng hạn như tế bào quang điện (PV), thì tác động EEXI chỉ khoảng 4% và lợi tức đầu tư vượt trội hơn rất nhiều.

Chuyến đi đầu tiên của tàu Color Hybrid  từ Sandejord, Na Uy  đến Strømstad, Thụy Điển.

4. Sử dụng Nhiên liệu thay thế

Nhiên liệu thay thế mới, sạch hơn có vai trò quan trọng trong việc giúp ngành hàng hải khử cacbon. Hiện tại có một số loại nhiên liệu tùy chọn sẵn có, bao gồm các nhiên liệu sau:

LNG, giúp giảm ngay lập tức và mạnh mẽ lượng khí thải CO2, NOx, SOx và các hạt nhỏ

Methane, có thể trung hòa carbon khi được tạo ra bằng cách sử dụng hydro từ điện tái tạo và carbon thu hồi

Amoniac, không thải ra CO2 khi đốt cháy và có thể không có carbon khi được tạo ra bằng năng lượng tái tạo

Nhiên liệu sinh học, được sản xuất từ sinh khối tái tạo như dầu thực vật, chất thải động vật và tàn dư cây trồng.

 

           

Tàu container đầu tiên trên thế giới chạy bằng metanol xanh đang trên đường từ Hàn Quốc đến điểm đến cuối cùng là cảng Copenhagen, Đan Mạch

Ngày 27/09/2023, Hội nghị Liên hợp quốc về thương mại và phát triển (UNCTAD) đã trích dẫn một số dữ liệu cho biết  21% trong tổng số tàu đang đặt hàng được thiết kế để sử dụng nhiên liệu sạch. Tuy nhiên, cơ quan này nhấn mạnh sự cần thiết phải đẩy nhanh tốc độ chuyển đổi, đồng thời cảnh báo quá trình này sẽ gây tốn kém đáng kể. Theo báo cáo, thế giới sẽ cần tới 28 tỉ đô la hàng năm để đạt được mục tiêu giảm khí thải carbon cho tàu biển vào năm 2050. Ngoài ra, thế giới cần chi thêm 90 tỉ đô la mỗi năm để phát triển cơ sở hạ tầng cần thiết cho nhiên liệu trung hòa 100% carbon vào thời điểm đó

Kết luận

Việc đáp ứng các yêu cầu EEXI và CII là vô cùng khó khăn đối với các tàu biển sử dụng nhiên liệu thông thường như MDO và HFO. Để đáp ứng các qui định  về EEXI và CII, hiện nay hầu hết các tàu đều đang áp dụng các biện pháp như:

- Giảm công suất máy chính. Theo đánh giá, phân tích có tàu sẽ phải giảm đến 50% công suất dẫn đến phải giảm tốc độ tàu, ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khai thác và không tốt cho tình trạng kỹ thuật máy chính. Đặc biệt các tàu cũ không đáp ứng được yêu cầu về CII, bắt buộc phải giảm công suất máy xuống rất thấp, tổn hại đến kỹ thuật máy và giảm sâu tốc độ tàu vì vậy tàu đối diện với nguy cơ phải dừng hoạt động do không đáp ứng được tốc độ khai thác.

- Để đạt được chỉ số CII trong 3 năm liên tiếp từ 2023 - 2026 và các năm tiếp theo, phải giảm phát thải CO2 ít nhất 2% các chủ tàu ngoài việc phải trang bị thêm các thiết bị cho các tàu hoặc phải thực hiện các biện pháp hoán cải lớn về kết cấu. Nếu các biện pháp này không hiệu quả, chủ tàu sẽ phải đầu tư công nghệ mới để tàu sử dụng được loại nhiên liệu mới thay thế như LNG, Methanol

- Việc đầu tư, đóng mới các tàu đáp ứng các qui định trên là giải pháp tối ưu tuy nhiên nó có chi phí đầu tư rất cao.

- ….

Các biện pháp ngắn hạn của IMO (các quy định về Chỉ số tàu hiện tại hiệu quả năng lượng (EEXI) và Chỉ số cường độ carbon (CII) tạo ra một bối cảnh rất thách thức đối với nhiều tàu của đội tàu toàn cầu. Các biện pháp này gần như rất khó thực hiện với các chủ tàu Việt Nam và rất nhiều chủ tàu nhỏ của các quốc gia khác trên thế giới do việc hoán cải tàu bị đội chi phí quá lớn và không hiệu quả trong kinh doanh. Một số phân khúc tàu có thể phải ngừng hoạt động tàu sớm do không thể tuân thủ các quy định EEXI và CII. Vì vậy nếu không giải quyết hài hòa vấn đề áp dụng các quy định của Công ước quốc tế và lộ trình khả thi trẻ hóa đội tàu thế giới, sẽ tiềm ẩn nguy cơ khủng khoảng năng lực vận tải biển trên toàn cầu.