Vận tải biển tương lai

Lượng khí carbon dioxide do ngành giao thông vận tải trên toàn cầu thải ra năm 2024 ước tính đạt 9 GtCO₂, trên tổng số 41,6 GtCO₂ ước tính (tổng lượng phát thải CO₂ do con người gây ra từ nhiên liệu hóa thạch và LULUCF - sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp - bao gồm cả bể hấp thụ từ quá trình cacbonat hóa xi măng). Vận tải biển (gồm cả quốc tế lẫn nội địa) chiếm 10,67% lượng phát thải từ ngành giao thông vận tải theo báo cáo, tương đương 2,31% lượng phát thải carbon toàn cầu.

Các số liệu này được chọn vì khá mới và các tỷ lệ tương ứng phù hợp với những nguồn đáng tin cậy như IMO (Tổ chức Hàng hải Quốc tế). Tuy vậy, vẫn có nhiều tranh luận về độ chính xác của các dữ liệu này nói chung. Ước tính phần phát thải CO₂ toàn cầu của vận tải biển phức tạp hơn vẻ bề ngoài, và con số có thể khác nhau tùy cách tổng hợp dữ liệu.

Thứ nhất, các nghiên cứu khác nhau báo cáo riêng CO₂, toàn bộ khí nhà kính, hoặc giá trị carbon dioxide tương đương (CO₂eq), gồm những khí như methane và nitrous oxide được tính theo tiềm năng gây nóng lên toàn cầu. Các chỉ số này không thể thay thế hay so sánh trực tiếp với nhau, và việc dùng chỉ số này thay vì chỉ số kia có thể làm thay đổi đáng kể tỷ trọng phát thải vận tải biển nhìn thấy được. Các nguồn, nghiên cứu và báo cáo của tổ chức thường không nói rõ đã dùng chỉ số cụ thể nào, và hay dùng một chỉ số khi thực ra muốn nói chỉ số khác (ví dụ như ghi ‘CO₂’ khi muốn nói ‘CO₂eq’).

Thứ hai, việc chọn mốc toàn cầu cũng quan trọng: một số so sánh chỉ tính CO₂ liên quan đến năng lượng, trong khi số khác tính mọi nguồn do con người gây ra như sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp (LULUCF), khiến mẫu số lớn hơn và tỷ lệ vận tải biển nhìn có vẻ thấp hơn.

Thứ ba, bản thân vận tải biển quốc tế rất khó theo dõi vì phần lớn phát thải xảy ra ở vùng biển quốc tế, và dữ liệu thường dựa vào doanh số bán nhiên liệu bunker thay vì giám sát trực tiếp hoạt động của tàu, làm tăng thêm sự không chắc chắn. Gộp lại, những khác biệt về phương pháp này khiến các số liệu công bố về phần đóng góp của vận tải biển vào phát thải toàn cầu có thể chênh lệch đáng kể, ngay cả khi dựa trên cùng một hoạt động nền tảng.

Claude-François-Dorothée, hầu tước de Jouffroy d’Abbans - còn được gọi là Claude de Jouffroy - đã chế tạo chiếc tàu hơi nước đầu tiên vào năm 1776. Những thử nghiệm đầu tiên này thất bại, nhưng sau đó ông đã thành công vào năm 1783 với tàu bánh chèo ‘Pyroscaphe’. Ông bị từ chối quyền bảo hộ bằng sáng chế trong nhiều năm, rồi sau đó phải sống lưu vong. Một số chuyến thử nghiệm tàu hơi nước khác cũng được những người như John Fitch và William Symington thực hiện, cho đến khi nhà phát minh Mỹ Robert Fulton cùng Robert Livingston tạo ra chiếc tàu hơi nước thương mại đầu tiên vào năm 1807. Fulton ghi công Claude, nhưng phát minh của ông hiếm khi được công nhận ^A.

Dựa trên các nguồn, nếu khoảng 75% trong tổng 300 triệu tấn nhiên liệu bunker (được dùng cho vận tải biển toàn cầu) là Dầu nhiên liệu nặng (HFO), thì tổng lượng HFO là 225 triệu tấn. Giả sử 25% còn lại là Dầu gas hàng hải (MGO) và Dầu diesel hàng hải (MDO), thì bằng 75 triệu tấn. Dùng [17], một công cụ để quy đổi lượng nhiên liệu sang số thùng tương đương: HFO nhân 6,350, MGO/MDO nhân 7,460. Vậy số thùng HFO ước tính = 225 triệu x 6,350 = 1.428.750.000.

Số thùng MGO/MDO ước tính = 75 triệu x 7,46 = 559.500.000.

Tổng số thùng = 1.988.250.000 = Xấp xỉ 2 tỷ thùng.

Một thùng trung bình cao 33-34 inch ^[18,19], tương đương khoảng 850 mm hoặc 0,00085 km. Vì vậy 2 tỷ x 0,00085 km = 1.700.000 km.

Khoảng cách tới Mặt Trăng = 384.400 km ^[20,21,22].

1.700.000 km / 384.400 = 4,42 lần khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng.

Tàu hơi nước ngày xưa thường chạy bằng than đốt. Loại than này được chứa trong các khoang gọi là bunker, nên nhiên liệu hiện đại mới được gọi là 'nhiên liệu bunker’. Từ đó, bunker đã được thay bằng bồn nhiên liệu, nhưng cái tên vẫn được dùng cho chính nhiên liệu ấy. ‘Nhiên liệu bunker’ có thể chỉ bất kỳ loại nhiên liệu nào dùng trong vận tải biển; nó không dành riêng cho một loại nhiên liệu duy nhất.

Mức phần trăm tiêu thụ nhiên liệu và giảm phát thải nhờ bôi trơn bằng không khí khác nhau giữa các nguồn, vì các giá trị này còn tùy hoàn cảnh và điều kiện thí nghiệm thay đổi. Có bằng chứng cho thấy bôi trơn bằng không khí có tiềm năng, nhưng các nhà cung cấp khác nhau đưa ra những con số khác nhau. Ví dụ:

[44] Bài báo này đề cập đến các hệ thống bôi trơn bằng không khí, cho rằng có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tới 15%. Giá trị này dựa trên một nghiên cứu của Engng (1997) hiện không thể truy cập.

[46] Nguồn này làm rõ rằng các hệ thống bôi trơn bằng không khí có thể giảm lực cản, qua đó giảm tiêu thụ nhiên liệu ‘ít nhất 3%’.

[50] Báo cáo này đưa ra một số ví dụ về hệ thống bôi trơn bằng không khí, nêu chi tiết mức giảm lực cản và tiết kiệm năng lượng mà mỗi hệ thống đạt được. Báo cáo nhắc đến một dự án ban đầu: “Project Energy-saving air-Lubrication Ships” (PELS) từ năm 1999, cho thấy mức tiết kiệm năng lượng trung bình trong nước lặng là 3-10%. Những ví dụ khác về mức tiết kiệm năng lượng từ các thử nghiệm khác nhau được nhắc đến - trong một loạt thông số thí nghiệm - là: 2%, 6%, ‘một phần’, 1%, 10% khi tàu chạy không tải và 5% khi đầy tải, 10% ở tốc độ cao, không có kết quả rõ ràng, 15%, 2% (dù giảm xuống -0,6% vì bong bóng không bám vào thân tàu), 10%, 5%, 4,5%, và 4%. Toàn bộ phạm vi thí nghiệm và bối cảnh các giá trị tìm được nằm ở trang 11 của báo cáo.

[51] Nghiên cứu này ghi nhận mức giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải trong thí nghiệm tới 8%.

[52] Nguồn này đưa tin về một hệ thống bôi trơn bằng không khí do Silverstream Technologies thiết kế, cho rằng giúp giảm nhiên liệu và giảm phát thải khí nhà kính tới 5-10%.

Cũng như các hệ thống bôi trơn bằng không khí, các số liệu về mức giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải có đôi chút khác nhau.

[53] Nguồn này là một nghiên cứu về việc tận dụng lợi thế quy mô trong vận tải biển, ước tính rằng khí thải có thể giảm tới 30% nếu toàn bộ đội tàu được thay bằng các tàu lớn hơn, dự kiến sẽ mất 25 năm

[56] Nguồn này là một trang tin đưa tin về con tàu mới 18.000 TEU (đơn vị tương đương container 20 feet) của Maersk Line. Maersk chưa công bố thông tin về mức tiêu thụ nhiên liệu của tàu này, nhưng có thông tin từ các tàu 10.000 và 16.000 TEU của họ. Vì vậy, thông tin về mức tiêu thụ được ngoại suy, cho rằng tàu mới này tiết kiệm nhiên liệu hơn 35% trên mỗi container chở được so với các tàu 13.100 TEU. Thông tin này được nêu trong một báo cáo của Drewry Maritime Research; tuy nhiên, báo cáo này không dễ tiếp cận với công chúng.

[54] Báo cáo này làm rõ rằng dữ liệu về mức tiêu thụ nhiên liệu là thông tin độc quyền, nên hiếm khi được công khai. Các nguồn đưa tin này rất hiếm, nên sẽ cực kỳ khó có được dữ liệu được xác minh chính xác, mà dù sao cũng có thể có các thông số thử nghiệm khác nhau.

Các nguồn này mô tả việc dùng ‘WindWings’ của BAR Technologies - những cánh buồm lớn được lắp thêm trên tàu container. Khác với buồm truyền thống, chúng cứng, làm từ vật liệu giống tuabin gió, và có thể gập xuống khi tàu ở cảng rồi mở ra khi ra biển. Chúng hoạt động như cánh máy bay dựng đứng, dùng 3 phần để tạo lực đẩy khí động học mạnh hơn cánh một phần, tương tự cách cánh nâng máy bay nhưng thay vào đó đẩy tàu đi tới.

[66] Báo cáo công bố năm 2024 cho biết 36% tổng năng lực vận tải hàng hóa toàn cầu được dùng để chở nhiên liệu hóa thạch. Con số này được tính “dựa trên tổng trọng tải của đội tàu chở khí hóa lỏng và tàu chở dầu hiện có và đã đặt đóng, cộng thêm 17% tổng trọng tải của đội tàu chở hàng rời hiện có và đã đặt đóng theo Clarksons WFR”. Con số 17% tương ứng với “tỷ trọng thương mại than trong thương mại hàng rời (tính theo tấn-hải lý) theo Clarksons Shipping Intelligence Network (SIN)”. Không thể truy cập các nguồn gốc của thông tin này. Các số liệu này là ước tính.

[67] Báo cáo năm 2019 phản ánh các kết luận rút ra từ báo cáo đầu tiên, dùng cùng nguồn dữ liệu hiển thị tổng số hàng vận chuyển trên toàn cầu.

ĐÍNH CHÍNH: Video nói rằng 40% toàn bộ vận tải hàng hóa bằng tàu biển có thể được điện hóa, nhưng nghiên cứu này nói về hoạt động của tàu container, nhất là các tuyến nội vùng ngắn hơn - chứ không phải 40% toàn bộ vận tải hàng hóa bằng tàu biển.

Để giảm lượng methane rò rỉ từ các động cơ chạy bằng LNG, nhiều công nghệ động cơ đã được cải tiến, và các thiết kế động cơ mới hơn đã giúp giảm lượng methane thoát ra mà không bị đốt cháy. Các động cơ như động cơ nhiên liệu kép áp suất thấp (LPDF) ^[84], động cơ nhiên liệu kép áp suất cao (HPDF) [84], và động cơ Otto chu trình bốn kỳ ^[83], đã có nhiều nâng cấp công nghệ lớn, gồm thay đổi về áp suất, phun nhiên liệu, ‘bỏ qua lần đốt’, và điều chỉnh ở cấp độ vận hành ^[83]. Nhờ vậy, lượng methane rò rỉ đã giảm đáng kể, nhưng vẫn là vấn đề phổ biến khi dùng LNG.

Nhiên liệu amoniac lỏng và metanol làm từ hydro dễ lưu trữ hơn nhiên liệu hydro lỏng, nhưng mỗi loại đều có những đánh đổi quan trọng ^[114,115]. Trước hết, cả hai đều có mật độ năng lượng theo thể tích thấp hơn so với nhiên liệu bunker truyền thống: metanol cần thể tích lưu trữ lớn hơn khoảng 2,5 lần, còn amoniac cần lớn hơn khoảng 3 lần. Cả hai đều cực độc với con người và sinh vật biển, nên cần thêm biện pháp phòng ngừa khi xử lý. Metanol cũng cực dễ cháy với điểm chớp cháy thấp, còn việc đốt amoniac có thể tạo ra oxit nitơ. Cuối cùng, nguồn cung của cả hai loại nhiên liệu này rất hạn chế, cần sản xuất ở quy mô lớn để đáp ứng ngành hàng hải, đồng thời tính đến cạnh tranh từ các ngành khác khi họ bắt đầu giảm phát thải carbon. Tuy vậy, xét riêng việc lưu trữ vật lý, nhiên liệu hydro lỏng vẫn khó lưu trữ hơn nhiều so với cả hai loại này do cần các bồn chứa siêu lạnh.