Η κλιματική κρίση και ο ρόλος της πράσινης ναυτιλίας και των νέων (πράσινων) επενδύσεων στην αντιμετώπιση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του κλάδου από την χρήση εναλλακτικών καυσίμων, χαμηλού ή μηδενικού ανθρακικού αποτυπώματος

Abstract

The increasing global demand for goods transport by shipping has intensified energy consumption, impacting both health and the environment. To address this issue, international organizations aim for complete desulfurization and a 50% reduction in carbon emissions by 2050. Investigating environmentally friendly fuels with reduced or zero carbon and sulfur content is critical. Among the alternative fuels examined by the global scientific community are hydrogen, ammonia, liquefied natural gas (LNG), biofuels (with biodiesel as the leading choice), and methanol. This dissertation thoroughly examines these fuels regarding their production methods, combustion efficiency, cost, infrastructure requirements, and, most importantly, their emissions of hazardous gases, such as carbon dioxide and sulfur oxides. The goal is to compare these fuels within the context of the global regulatory framework for decarbonization and desulfurization. Specifically, the study focuses on methanol, produced from renewable sources via the hydrogenation of carbon dioxide, highlighting it as a compound with excellent performance and low emissions when used in internal combustion engines. Methanol emerges as an effective solution for reducing greenhouse gas (GHG) emissions. It outperforms marine gas oil (MGO) in efficiency and cost, particularly in new ships, offering flexibility without the need for specialized pressure tanks and presenting lower investment costs compared to LNG. Additionally, the research introduces the experimental use of MGO enriched with methanol and animal-derived biodiesel, creating a homogeneous blend with zero sulfur content and reduced carbon content, without costly emulsifiers. This blend is suitable for use in Delaval technology engines, requiring significantly less energy compared to conventional very low sulfur fuel oil (VLSFO) with a maximum sulfur content of 0.5%. This dissertation conducts the first assessment of the global shipping sector’s eco-efficiency performance using the Dynamic Slack-Based non-oriented DEA methodology, with results visualized through ArcGIS. The findings reveal that prominent shipping sectors, such as the Marshall Islands, exhibit low eco-efficiency levels due to their role as tax havens for shipowners. In contrast, countries like China show increased eco-efficiency through ESG strategies, while nations with smaller fleets achieve higher efficiency levels due to sustainable government initiatives in recent years.

Η αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για μεταφορά αγαθών μέσω ναυτιλίας έχει εντείνει την κατανάλωση ενέργειας, επηρεάζοντας την υγεία και το περιβάλλον. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, διεθνείς οργανισμοί στοχεύουν σε πλήρη αποθειοποίηση και μείωση του άνθρακα κατά 50% έως το 2050. Η διερεύνηση φιλικών προς το περιβάλλον καυσίμων, με μειωμένο ή μηδενικό περιεχόμενο άνθρακα και θείου, είναι κρίσιμη. Μεταξύ των εναλλακτικών καυσίμων που εξετάζονται από την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα είναι το υδρογόνο, η αμμωνία, το υγροποιημένο φυσικό αέριο (LNG), τα βιοκαύσιμα (με κυρίαρχο το βιοντίζελ) και η μεθανόλη. Αυτή η διατριβή εξετάζει διεξοδικά τα παραπάνω καύσιμα όσον αφορά τους τρόπους παραγωγής, καύσης, απόδοσης, κόστος, υποδομές και κυρίως τις εκπομπές επικίνδυνων αερίων, όπως διοξειδίου του άνθρακα και οξειδίων του θείου, με στόχο τη σύγκριση των καυσίμων αυτών στο πλαίσιο του παγκόσμιου νομικού πλαισίου για την απανθρακοποίηση και αποθειοποίηση. Ειδικότερα, η μελέτη εστιάζει στη μεθανόλη, που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές μέσω υδρογόνωσης του διοξειδίου του άνθρακα, αναδεικνύοντάς την ως χημική ένωση με εξαιρετική απόδοση και χαμηλές εκπομπές σε κινητήρες εσωτερικής καύσης, προσφέροντας αποτελεσματική λύση στη μείωση των αερίων θερμοκηπίου (GHG). Η μεθανόλη υπερέχει έναντι του ναυτιλιακού πετρελαίου (MGO) σε αποδοτικότητα και κόστος, ιδίως στα νέα πλοία, παρέχοντας ευελιξία χωρίς ανάγκη για ειδικές δεξαμενές πίεσης και παρουσιάζοντας χαμηλότερο επενδυτικό κόστος σε σχέση με το LNG. Επιπλέον, η έρευνα καινοτομεί με την ανάπτυξη μονοφασικού διαυγούς μείγματος μεθανόλης-βιοντίζελ ζωικής προέλευσης-MGO που παραμένει σταθερό χωρίς γαλακτωματοποιητές, επιτυγχάνοντας μηδενική περιεκτικότητα θείου και μειωμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Το μείγμα είναι κατάλληλο για χρήση σε κινητήρες Delaval, με μειωμένες ενεργειακές ανάγκες συγκριτικά με το συμβατικό VLSFO (με μέγιστο θείο 0,5%). Η διατριβή πραγματοποιεί για πρώτη φορά αξιολόγηση της οικολογικής αποδοτικότητας του παγκόσμιου ναυτιλιακού τομέα με χρήση της μεθοδολογίας Dynamic Slack-Based non-oriented DEA και απεικόνιση των αποτελεσμάτων μέσω ArcGIS. Τα ευρήματα καταδεικνύουν ότι ισχυροί ναυτιλιακές χώρες όπως τα Νησιά Μάρσαλ, παρουσιάζουν χαμηλή οικολογική αποδοτικότητα λόγω του ρόλου τους ως φορολογικοί παράδεισοι. Αντίθετα, χώρες όπως η Κίνα παρουσιάζουν αυξημένη οικολογική αποδοτικότητα μέσω στρατηγικών ESG, ενώ χώρες με μικρότερους στόλους καταγράφουν υψηλότερα επίπεδα αποδοτικότητας, χάρη σε βιώσιμες κυβερνητικές πρωτοβουλίες τα τελευταία χρόνια.