Dit artikel werd oorspronkelijk gepresenteerd op Hakai-tijdschrift, een online publicatie over wetenschap en samenleving in kustecosystemen. Lees meer van dit soort verhalen op hakaimagazine.com.
Decennia lang zijn de commerciële schepen in de wereld afhankelijk geweest van fossiele brandstoffen die zo plakkerig en dik zijn dat deze tot ongeveer 150°C moeten worden verwarmd om door het inwendige van het schip te kunnen stromen. Zware stookolie (HFO) is een van de vuilste brandstoffen. “Het is de laatste stap [oil] verwerkingsproces”, zegt Morten Bo Christiansen, hoofd van het energietransitieteam bij de Deense scheepvaartgigant Maersk. “Je zou kunnen zeggen: de bodem van het vat.”
Maar nu de Internationale Maritieme Organisatie (IMO) – de afdeling van de Verenigde Naties die belast is met het beheer van de mondiale scheepvaart – nieuwe regelgeving implementeert die erop gericht is de scheepvaartindustrie te dwingen haar zwavel- en koolstofemissies te verminderen, ligt HFO onder vuur. De nieuwe regels zorgen ervoor dat besluitvormers zoals Christiansen zich haasten om erachter te komen welke van de talloze potentiële brandstoffen van de toekomst deze uiteindelijk zullen vervangen.
Een deel van het werk van Christiansen, samen met tientallen collega’s, is het kopen van de brandstof die de honderden schepen van Maersk aandrijft. HFO en andere fossiele brandstoffen, zegt hij, beginnen al plaats te maken voor schonere alternatieven.
Medio 2023 komt er bijvoorbeeld een nieuw containerschip, ter waarde van 160 miljoen dollar Laura Maersk, begon actief te worden in de Oostzee. “Het ziet eruit als elk ander containerschip”, zegt Christiansen. Maar Laura Maersk nooit met olie gewerkt. In plaats daarvan wordt het aangedreven door methanol. Er zijn veel verschillende manieren om methanol te produceren, en ze zijn niet allemaal milieuvriendelijk. Wanneer methanol echter wordt verkregen uit een duurzame bron, zoals het opvangen van gas dat wordt geproduceerd op stortplaatsen of via verschillende processen die worden aangedreven door hernieuwbare energie, kan het aanzienlijk minder vervuilend zijn dan fossiele brandstoffen. De Laura Maersk vaart al in de Noord-Europese wateren, en meer dan 200 andere schepen die geschikt zijn voor methanol staan momenteel in de orderboeken van scheepswerven over de hele wereld.
Om te voldoen aan de nieuwste regelgeving van de IMO – bedoeld om de scheepvaartsector in 2050 naar netto nul te brengen – zullen commerciële schepen hun CO2-uitstoot in slechts zes jaar met minstens 30 procent moeten verminderen, zegt Simon Bullock, onderzoeker op het gebied van de scheepvaart en klimaatverandering bij de IMO. Universiteit van Manchester in Engeland. Als de sector er langer over doet, voegt hij eraan toe, zal het voor rederijen vrijwel onmogelijk zijn om de uitstoot agressief genoeg terug te dringen om aan de meest ambitieuze regelgevingsdoelstellingen te voldoen. In een artikel dat in 2023 werd gepubliceerd, lieten Bullock en zijn collega’s zien dat als de zaken niet snel genoeg gaan, de doelstellingen van het Akkoord van Parijs uit 2015 in gevaar zouden kunnen komen.
Om het netto nulpunt te bereiken, moet je afkomen van HFO. En om de grootste impact op de CO2-uitstoot te hebben, moeten de alternatieve fossiele brandstoffen die momenteel door sommige schepen worden gebruikt, zoals vloeibaar aardgas, uiteindelijk verdwijnen. Maar het opnieuw ontwerpen van bestaande schepen om aanzienlijk schonere brandstoffen te gebruiken is niet eenvoudig, en het bouwen van nieuwe schepen is niet snel en ook niet goedkoop. Er is ook nog de kwestie van het aanbod. Wat methanol betreft, is de mondiale beschikbaarheid van deze brandstof momenteel bij lange na niet voldoende om aan de kolossale vraag van de scheepvaartsector te voldoen.
De uitdaging voor Christiansen en anderen zoals hij is dan ook om erachter te komen hoe schepen kunnen worden overgeschakeld op alternatieve brandstoffen, zonder grote technologische of logistieke tegenslagen – en in een ongelooflijk korte tijd.
Voorlopig is de enige manier om vooruit te komen het diversifiëren van uw brandstofinname. Naast methanol onderzoekt de scheepvaart ook andere niet-fossiele brandstoffen, zoals waterstof, ammoniak, elektriciteit en kernenergie. Gegeven hoe controversieel dit laatste is – kernenergie heeft moeite om terrein te winnen als brandstof voor commerciële schepen en wordt vrijwel uitsluitend gebruikt voor militaire schepen – het is onwaarschijnlijk dat kernenergie de komende sleuteljaren enige impact zal hebben op de scheepvaart. Het is ook onwaarschijnlijk dat een groot aantal grote vrachtschepen van stroom wordt voorzien met behulp van ingebouwde accupakketten, omdat de accu’s niet genoeg stroom kunnen pompen om hun omvang en hoge kosten te compenseren.
Ammoniak is echter een echte kanshebber. Het grote voordeel van ammoniak is dat het een belangrijke grondstof is in veel andere industrieën – vooral in de landbouw, waar jaarlijks miljoenen tonnen ammoniak als meststof worden gebruikt. Ammoniak heeft een strakke toeleveringsketen en de chemische stof is al in veel havens over de hele wereld opgeslagen.
Net als methanol is ammoniak echter onvolmaakt. Om te beginnen is het ongelooflijk giftig, dus ongelukken en lekkages kunnen rampzalig zijn voor het milieu. Momenteel zal geen enkele haven schepen met ammoniak toestaan aan te meren – een standpunt dat hij heeft afgedwongen Groene Pionierproof of concept-schip dat achteraf is uitgerust om op zowel ammoniak als diesel te varen, om fossiele brandstoffen te gebruiken ter ondersteuning van zijn bezoek aan de COP28-conferentie in de Verenigde Arabische Emiraten vorig jaar.
Ammoniak is ook moeilijker te verbranden dan sommige alternatieven. Het ontwerpen van betrouwbaardere, efficiëntere motoren die ammoniak verbranden is een enorme uitdaging die momenteel wordt aangepakt door bedrijven als het Duitse MAN Energy Solutions, dat ook een methanolverbrandingsmotor heeft gebouwd op Laura Maersk.
Lars Tingbjerg Danielsen, promotiemanager bij MAN Energy Solutions, legt uit dat ammoniak een hoge ontstekingstemperatuur heeft – het moet boven de 650 °C zijn voordat het ontbrandt – en daarom samen met de secundaire pilootbrandstof moet worden verbrand. De vlam is ook wispelturig. Vergeleken met methanol is de vlamsnelheid van ammoniak (hoe snel de vlam zich verspreidt terwijl de brandstof brandt) zes keer langzamer. Als de motor te snel draait, daalt de verbranding, waardoor ammoniak uit de motor kan glippen. Gezien de toxiciteit ervan zou dit een aanzienlijk risico op besmetting met zich meebrengen.
Gelukkig draaien gigantische tweetakt-scheepsmotoren relatief langzaam vergeleken met kleinere motoren, zegt Danielsen, dus het is gemakkelijker om ammoniak te krijgen om de verbranding daarin in stand te houden. Zijn bedrijf gebruikt momenteel hogesnelheidscamera’s om de verbranding van brandstof te bestuderen.
Danielsen voegt eraan toe dat het bepalen van de meest efficiënte brandstof gedeeltelijk afhangt van hoe een bepaalde boot wordt gebruikt. Methanolvoorzieningsfaciliteiten zijn duur om te bouwen, dus schepen op methanol kunnen het meest geschikt zijn voor repetitieve routes met vaste aanloophavens. Volgens het onderzoek van Maersk is en zal ammoniak waarschijnlijk goedkoper blijven dan methanol, zegt hij, dus het zou zinvol kunnen zijn om het te gebruiken voor de grootste schepen die de meeste energie nodig hebben.
Maersk is op zijn beurt geïnteresseerd in de verbranding van ammoniak. “We verwachten zeker dat het in de toekomst in de brandstofmix zal zitten”, zegt Christiansen. Noch Maersk, noch enige andere grote rederij beschikt momenteel echter over schepen die ammoniak verbranden, en Christiansen weigerde te bevestigen of Maersk van plan is dit jaar dergelijke orders aan te kondigen. De Yara Eyde‘s werelds eerste door ammoniak aangedreven vrachtschip zal naar verwachting in 2026 te water worden gelaten, en wereldwijd zijn ongeveer een dozijn door ammoniak aangedreven schepen besteld.
Op dit moment is de scheepvaartsector niet al te enthousiast over de favoriete alternatieve brandstof van Stephen Turnock: waterstof. Maar Turnock, een scheepsingenieur aan de Universiteit van Southampton in Engeland, houdt van waterstof omdat het, net als ammoniak, kan worden gemaakt met hernieuwbare energie, maar bij verbranding alleen maar stoom produceert. (Het verbranden van ammoniak produceert een mengsel van stikstofgas en water – wat geen slechte zaak is – terwijl het verbranden van methanol koolstofdioxide en water produceert.)
Toch is de industrie huiverig om te werken met iets dat zo moeilijk te hanteren is. Waterstof verdampt bij -235 °C – kouder dan het oppervlak van de maan ‘s nachts – dus het vloeibaar maken ervan en het in de brandstoftank van een schip stoppen vergt veel energie. En omdat waterstofmoleculen zo ongelooflijk klein zijn (zelfs volgens nanoscopische scheikundige normen), heeft waterstof de neiging door de kleinste scheurtjes te lekken.
Maersk voerde een pilotstudie uit met waterstof, zegt Christiansen, en ontdekte dat het duurder zou zijn om te gebruiken dan methanol en ammoniak. En dat wil wat zeggen, want methanol zelf is drie keer duurder dan conventionele scheepsbrandstoffen, zegt hij.
Want eigenlijk ammoniak bevat waterstof – ammoniak is één atoom stikstof en drie atomen waterstof – er is ook een mogelijkheid voor een hybride aanpak: de brandstoftanks van het schip vol pompen met ammoniak en dit vervolgens aan boord chemisch omzetten in waterstof. Het is een relatief inefficiënte conversie die veel energie kost, maar dit proces zou uiteindelijk een koolstofvrije rit mogelijk maken. Amogy, een in New York gevestigde start-up, werkt later dit jaar aan het testen van een sleepboot die deze hybride aanpak mogelijk maakt.
Echter, in de haast om schonere brandstoffen te vinden, Bullock, een scheepvaart- en klimaatonderzoeker, waarschuwt om niet alles te negeren ander manieren waarop de industrie haar uitstoot kan terugdringen. “De sector moet meer aandacht besteden aan andere dingen die hij wel kan doen”, zegt hij. De zogenaamde windondersteunde technologie (een werkelijk eeuwenoude methode van scheepsvoortstuwing) kan bijvoorbeeld de inspanning van de hoofdmotor van een schip verminderen, ongeacht wat er brandt.
Strengere regelgeving zou ook een rol kunnen spelen bij het terugdringen van de CO2-uitstoot van de scheepvaart, betoogde Bullock. Havens zouden de toegang kunnen weigeren aan schepen die niet voldoende energie-efficiëntie hebben op basis van de schaal die bijvoorbeeld vorig jaar door de IMO is geïntroduceerd. Christiansen van Maersk zegt dat hij voorstellen steunt van sommigen in de scheepvaartsector voor een groen evenwichtsmechanisme dat de kosten van vervuilende brandstoffen zou verhogen om groenere alternatieven te subsidiëren.
Maar voor rederijen is er nauwelijks tijd meer om grote veranderingen door te voeren. De industrie heeft slechts een paar jaar de tijd om de CO2-uitstoot met bijna een derde terug te dringen – grotendeels omdat ze te lang de kop in het zand heeft gestoken, zegt Turnock.
Christiansen blijft optimistisch. Als de scheepvaart kan worden getransformeerd, zullen andere sectoren, zoals de luchtvaart, het moeilijker vinden om hun eigen groene transitie uit te stellen. ‘Hé, als deze transportjongens dit kunnen doen,’ zegt hij, ‘wat is dan jouw excuus?’
Dit artikel verscheen voor het eerst in Hakai Magazine en is hier met toestemming opnieuw gepubliceerd.