Carburanti a zero emissioni di carbonio e trasporto marittimo: Una volontà e una via?

Il settore del trasporto marittimo consuma circa 10 quadrilioni di Btu di carburante ed emette un miliardo di tonnellate metriche di anidride carbonica all'anno. Si tratta di un quantitativo superiore a tutte le emissioni della Germania, a tutte le emissioni dell'Arabia Saudita e all'incirca pari alle emissioni di tutti i veicoli passeggeri negli Stati Uniti. In base a qualsiasi misura ragionevole, l'industria navale è uno dei principali emettitori globali, uno dei settori economici che devono essere completamente decarbonizzati entro la metà del secolo per mantenere il riscaldamento globale al di sotto di 1,5 gradi centigradi.

Eliminare le emissioni di gas serra dal trasporto marittimo è un'impresa enorme, ma il percorso tecnologico da seguire è ragionevolmente chiaro e lo è già da qualche anno. Ciò che manca è la volontà dell'industria marittima e delle autorità di regolamentazione regionali e internazionali di richiedere e attuare le misure necessarie.

Le emissioni di gas serra possono essere eliminate dal settore marittimo in gran parte passando dall'olio combustibile pesante e dal diesel marino a carburanti a zero emissioni di carbonio (ZCF) come l'idrogeno e l'ammoniaca, come illustrato da CATF (vedi qui e qui), da altre organizzazioni non governative(qui e qui), da esperti accademici e governativi(qui e qui) e da istituzioni finanziarie(qui e qui).

L'ammoniaca, che si ottiene combinando l'idrogeno con l'azoto catturato dall'aria ambiente, sembra un carburante marino particolarmente promettente, soprattutto per i viaggi transoceanici. Può essere utilizzata nelle celle a combustibile o, più convenientemente, almeno nel breve termine, nelle versioni adattate o appositamente costruite dei massicci motori a combustione interna a due e quattro tempi che spingono le navi portacontainer, le petroliere e le portarinfuse in tutto il mondo. L'ammoniaca (NH3) non contiene atomi di carbonio, quindi non viene prodotta anidride carbonica quando viene convertita in energia, indipendentemente dal fatto che la conversione avvenga in una cella a combustibile o in un motore alternativo. Inoltre, come spiegato più dettagliatamente qui, le tecnologie di produzione che utilizzano sistemi di cattura e stoccaggio dell'anidride carbonica o energia elettrica da fonti rinnovabili o nucleari possono produrre ammoniaca con poche o nessuna emissione di gas serra associata.

L'opportunità che l'ammoniaca a zero emissioni di carbonio offre per la decarbonizzazione del trasporto marittimo è evidente a un gruppo crescente di aziende e istituzioni innovative, molte delle quali stanno compiendo passi verso la commercializzazione su larga scala della tecnologia di trasporto marittimo alimentata ad ammoniaca. Alcuni esempi recenti sono:

• Agosto 2020: Tre compagnie di navigazione giapponesi - NYK Line, Japan Marine United Corporation e Nippon Kaiji Kyokai (ClassNK) - hanno annunciatoun accordo di ricerca e sviluppo congiunto finalizzato alla commercializzazione di una nave cisterna alimentata ad ammoniaca.
• Ottobre 2020: Il Lloyd's Register ha rilasciato "approvazioni di principio" separate (vedi qui e qui) per le navi alimentate ad ammoniaca in fase di sviluppo da parte dei costruttori navali sudcoreani Samsung Heavy Industries (SHI) e Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME). SHI e i suoi partner di progetto MISC, un'importante compagnia di navigazione internazionale con sede in Malesia, e MAN Energy Systems, che sta sviluppando motori marini compatibili con l'ammoniaca, stanno lavorando a una nave cisterna alimentata ad ammoniaca; il progetto di DSME riguarda un'enorme nave portacontainer(23.000 TEU).
• Febbraio 2021: L'Autorità Marittima e Portuale di Singapore - che, in quanto porto di bunkeraggio più grande del mondo, è pronta a svolgere un ruolo di primo piano nel passaggio a carburanti marini a zero emissioni di carbonio - ha annunciato che collaborerà con il principale produttore di ammoniaca Yara International, Lloyd's Register, SHI e MAN Energy Systems per sviluppare e promuovere il trasporto marittimo alimentato ad ammoniaca.
• Marzo 2021: In base a un accordo raggiunto dal produttore olandese di fertilizzanti OCI, dalla tedesca Hartmann Gas Carriers e da MAN Energy Systems, OCI noleggerà nuove navi cisterna alimentate ad ammoniaca che saranno costruite e gestite da Hartmann e alimentate da motori MAN. I partner cercheranno anche di trovare opportunità di retrofittare i motori marini esistenti per renderli compatibili con lo ZCF.
• Marzo 2021: Un gruppo di importanti aziende e istituzioni del settore marittimo - A.P. Moller-Maersk, Fleet Management Limited, Keppel Offshore & Marine, Maersk Mc-Kinney Moller Center for Zero Carbon Shipping, Sumitomo Corporation e Yara International - ha decisodi condurre uno studio di fattibilità per rifornire il porto di Singapore di carburante per bunkeraggio a base di ammoniaca. Secondo quanto riferito, la valutazione della catena di approvvigionamento prenderà in considerazione "lo sviluppo di una catena di approvvigionamento di ammoniaca verde ed economicamente vantaggiosa, la progettazione di navi per il bunkeraggio dell'ammoniaca e le relative infrastrutture della catena di approvvigionamento".
• Aprile 2021: Il conglomerato industriale tedesco thyssenkrup ha siglato un "contratto di ingegneria e fornitura" con il principale produttore di ammoniaca CF Industries per "fornire un impianto di idrogeno per la produzione di ammoniaca verde presso il complesso produttivo di Donaldsonville [di CFI] in Louisiana" . Le società hanno identificato il settore navale come consumatore target.

Queste compagnie sono all'avanguardia in quello che probabilmente sarà un viaggio impegnativo. Secondo i dati dell'IMO, nel 2018 le navi portacontainer e le navi portarinfuse hanno consumato 118 milioni di tonnellate metriche di carburante equivalente a olio combustibile pesante, pari alla metà del consumo totale di carburante del settore. Se queste stesse navi fossero state alimentate con ammoniaca (ipotizzando che siano necessarie 1,89 tonnellate metriche di ammoniaca per sostituire una tonnellata metrica di carburante marino, come indicato in questa analisi di Kim et al. per il 2020 ), avrebbero consumato 224 milioni di tonnellate metriche di ammoniaca. La produzione totale di ammoniaca a livello mondiale è di circa 180 milioni di tonnellate all'anno e quasi tutta l'ammoniaca viene prodotta con tecnologie che emettono quantità significative di anidride carbonica.

Esiste un modo per produrre 224 milioni di tonnellate metriche di ammoniaca con tecnologie che emettono poca o nessuna_CO2? Più immediatamente, esiste un modo per rifornire una portacontainer da 5.000 TEU con le 33.000 tonnellate di combustibile ammoniaca a zero emissioni che consumerebbe durante un anno di viaggi tra, ad esempio, i porti di Los Angeles e Shanghai? (La seconda domanda è particolarmente rilevante per coZEV, uno sforzo congiunto di aziende leader nel settore della vendita al dettaglio, CATF, Aspen High Seas Initiative e altre organizzazioni per creare una domanda per le prime rotte di portacontainer a zero emissioni tra i principali porti marittimi internazionali). La prima rotta di questo tipo sarà probabilmente servita da una portacontainer da 5000 TEU alimentata ad ammoniaca).

Saranno necessari circa 400 nuovi impianti di produzione di ammoniaca pulita su scala mondiale per produrre i 224 milioni di tonnellate di ammoniaca a zero emissioni di carbonio necessari per decarbonizzare la flotta globale di navi portacontainer e portarinfuse. (Per scala mondiale intendiamo un impianto o un complesso che produce circa 560.000 tonnellate di ammoniaca all'anno da circa 100.000 tonnellate di idrogeno). Si tratta di un'impresa innegabilmente imponente. Tuttavia, abbiamo il know-how per farlo e possiamo iniziare a fare progressi un impianto di ammoniaca pulita e una nave a emissioni zero alla volta. Se uno dei primi impianti di ammoniaca pulita su scala mondiale fosse situato vicino a un porto importante, solo il 6% della sua produzione annuale potrebbe alimentare per un anno una nave container da 5.000 TEU a emissioni zero.

Ciò che serve è la volontà di andare avanti, la volontà di sviluppare e implementare nuove politiche e nuovi modelli commerciali volti a far scendere il prezzo dell'ammoniaca a zero emissioni di carbonio e a introdurla nel mercato dei combustibili per uso marittimo.

Poiché la maggior parte del trasporto marittimo transoceanico avviene al di fuori della giurisdizione dei governi nazionali, l'autorità normativa sul settore è sottile e frammentaria. L'autorità che esiste è per lo più affidata all'Organizzazione marittima internazionale (IMO) delle Nazioni Unite, un'istituzione conservatrice e orientata al consenso con sede a Londra. L'IMO ha sviluppato importanti requisiti normativi in materia ambientale, come un regolamento del 2020 che limita fortemente le emissioni di anidride solforosa delle navi, ma il suo curriculum è pieno di iniziative ambientali che sono state ritardate, bloccate o inefficaci. In particolare, il requisito dell'IMO per la riduzione dei gas serra nel 2018 è letteralmente una mezza misura - richiede solo che il settore riduca le emissioni di gas serra di "almeno il 50% entro il 2050" - e l'organismo non è riuscito finora a stabilire tappe significative a medio termine che potrebbero generare uno slancio utile. Gli sforzi per rafforzare le norme sui gas serra sono stati frustrati dai delegati dei Paesi economicamente potenti e dall'industria navale, che ha un ampio ruolo consultivo nelle procedure dell'IMO.

Nell'ultimo anno, tuttavia, con il consolidarsi dell'imperativo globale di affrontare responsabilmente il cambiamento climatico, altre parti interessate dello spazio marino hanno iniziato a tracciare un percorso diverso per il settore, coerente con il limite di 1,5 gradi C di riscaldamento. Una serie di recenti sviluppi segnala all'IMO e ai ritardatari del settore che il cambiamento sta arrivando:

• La Commissione europea ha votato per far rientrare le emissioni di gas serra delle navi transoceaniche - anche, potenzialmente, quelle che avvengono lontano dall'Europa - nell'ambito del Sistema di scambio delle quote di emissione (ETS), la piattaforma di scambio di crediti di carbonio al centro della strategia europea di regolamentazione dei cambiamenti climatici.
• Gli Stati Uniti hanno annunciato di voler spingere l'IMO a richiedere la completa decarbonizzazione entro la metà del secolo. In un discorso dell'aprile 2021, l'inviato degli Stati Uniti per il clima John Kerry si è impegnato a "collaborare con i Paesi dell'Organizzazione marittima internazionale (IMO) per adottare l'obiettivo di azzerare le emissioni del trasporto marittimo internazionale entro il 2050 e per adottare misure ambiziose che mettano il settore sulla strada giusta per raggiungere questo obiettivo".
• L'impegno per la decarbonizzazione del settore marittimo è anche incluso tra le misure di mitigazione del cambiamento climatico previste dal nuovo contributo nazionale degli Stati Uniti (Nationally Determined Contribution, NDC): "Mentre i percorsi di emissione analizzati si concentrano sulla riduzione delle emissioni a livello nazionale, gli Stati Uniti stanno anche esplorando i modi per sostenere la decarbonizzazione dell'uso internazionale dell'energia marittima e dell'aviazione attraverso l'azione nazionale e attraverso l'Organizzazione marittima internazionale (IMO) e l'Organizzazione internazionale dell'aviazione civile (ICAO)".
• Le grandi aziende che si affidano all'industria del trasporto marittimo per spostare milioni di tonnellate di merci stanno iniziando a fare pressione sulle compagnie di navigazione affinché riducano le loro emissioni. Le major della vendita al dettaglio che stanno dietro a coZEV, menzionate in precedenza, vogliono ridurre le loro emissioni di portata 3 contribuendo a decarbonizzare le catene di approvvigionamento transoceaniche che utilizzano. Allo stesso modo, le aziende che sottoscrivono il Sea Cargo Charter si impegnano a tracciare e comunicare le emissioni di gas serra legate al trasporto marittimo di acciaio, grano e altre merci sfuse che commercializzano, e a valutare come le loro prestazioni si confrontano con gli obiettivi di riduzione delle emissioni globali. La recente dichiarazione di Heineken di voler passare tutte le sue attività a servizi di trasporto marittimo a zero emissioni di carbonio entro il 2040 fa seguito al precedente annuncio di Unilever di voler eliminare tutte le emissioni della sua catena di approvvigionamento, comprese quelle derivanti dal trasporto marittimo, entro il 2039.

Le prove emergenti della volontà di decarbonizzare il settore marino - tra le aziende pionieristiche di vendita al dettaglio e di prodotti di base che sono disposte a investire in strategie per eliminare le emissioni di gas serra dalla parte marina delle loro catene di approvvigionamento, tra i costruttori navali innovativi e gli sviluppatori di tecnologie per i motori e, più recentemente, tra i principali responsabili politici - sono solo un inizio. Ma è un inizio su cui possiamo costruire.