Bilindiği üzere Dünyada Sera Gazları (ing. GHG – Greenhouse Gases) Dünya’nın yüzeyi, atmosferi ve bulutları tarafından yayılan, belirli dalga boylarındaki radyasyonu emen ve yayan, atmosferin hem doğal hem de insan kaynaklı gaz hâlindeki bileşenleridir. Bu özellikleri nedeniyle, sera etkisine neden olurlar. Su buharı (H2O), karbondioksit (CO2), diazot monoksit (N2O), metan (CH4) ve ozon (O3) başlıca sera gazlarıdır. Sera gazları olmadan, Dünya yüzeyinin ortalama sıcaklığı mevcut ortalama olan 15 °C yerine yaklaşık -18 °C olurdu.
Ancak söz konusu sera gazlarının (özellikle de karbon dioksitin) sanayi devrimi ile beraber hızla artması atmosfer dengesinin bozulmasına ve Dünya’nın gereğinden fazla ısınmasına yol açtı.
Bu sebeple, birçok sektör sera gazı salınımını azaltarak ısınmanın yavaşlatılması için düzenlemeler getiriyor.
Denizcilik Sektörünün Sera Gazı Emisyonuna Etkisi
Gemilerin yakıt tüketimi düşünüldüğünde emisyona olan etkisinin büyük olacağını düşündüm. Sonuçta kendi tecrübelerime göre 170.000 DWT bir kuruyük gemisinin günlük yakıt (HFO – Heavy Fuel Oil) tüketimi ortalama 32 ton. Yaptığım araştırmalara göre şu sonuçlara ulaştım:
Our World in Data sitesinin araştırmasına göre, “Enerji Sektörü” dünya sera gazı emisyonunun %73.2’sini oluşturuyor. Enerji sektörü içinde yer alan “Ulaşım Sektörü” %16.2, ve ulaşım sektörünün içinde yer alan “Denizcilik Sektörü” %1.7 paya sahip. Bununla beraber, havacılık %1.9, karayolu taşımacılığı ise %11.9 paya sahip. Aslında bu araştırmaya göre deniz taşımacılığı, demiryolu taşımacılığından sonra en temiz taşıma modeli diyebiliriz. Elbette yalnız sera gazları değil, gemilerin üretiminde, parçalanmasında, ve işletilmesinde ortaya çıkan atıklar nedeniyle sıralamadaki yeri değişebilir.
Amerikan Çevre Koruma Ajansının çalışmasına göre ise ulaşım sektörü Amerika’daki sera gazı emisyonlarının %29’unu oluşturuyor ve ulaşımda kullanılan enerjinin %94’ü fosil yakıtlardan elde ediliyor.
IMO’nun Stratejisi
Gemilerden kaynaklanan atıklar MARPOL sözleşmesi kapsamında düzenlenir. Marpol Ek-6 ise gemilerden kaynaklanan hava kirliliğinin önlenmesine yönelik düzenlemeler içerir. Düzenlemelerin hedefi, gemilerin enerji verimliliğin kısa sürede yükseltilmesi ve böylece sera gazı emisyonlarının azaltılmasıdır.
1 Ocak 2023’ten itibaren tüm gemilerin, enerji verimliliklerini ölçmek için elde ettikleri Enerji Verimliliği Mevcut Gemi Endeksini (EEXI) hesaplamaları ve yıllık operasyonel karbon yoğunluğu göstergelerinin (CII) ve CII derecelendirmelerinin raporlanması için veri toplamaya başlamaları zorunlu hale geldi.
Tüm gemilerin karbon yoğunluğunu 2030 yılına kadar 2008’e kıyasla %40 oranında azaltmaya yönelik bir teşvik olarak, gemilerin iki derecelendirmeyi hesaplaması gerekmekte: enerji verimliliklerini belirlemek için Enerji Verimliliği Mevcut Gemi Endeksi (EEXI) ve yıllık operasyonel Karbon Yoğunluğu Göstergesi (CII) ile ilgili CII derecelendirmesi. Karbon yoğunluğu ise kat edilen mesafe ve taşınan yük miktarına bağlı olarak salınan sera gazlarına bağlıdır.
EEXI (Energy Efficieny Existing Ship Index) Nedir?
Bu indeks, mevcut gemilerin enerji verimliliğini değerlendirmek için kullanılır ve gemilerin belirli bir CO2 emisyonu eşiğini aşmamasını sağlar. EEXI, yeni inşa edilen gemiler için zorunlu olan EEDI’nin (Energy Efficiency Design Index) bir uzantısıdır ve mevcut gemilere uygulanır.
IMO, gemi türü ve boyutuna bağlı olarak farklı EEXI limitleri belirlemiştir. Örneğin, konteyner gemileri, tankerler ve dökme yük gemileri için ayrı limitler bulunur. Bu değer, gemi tipleri ve boyut kategorileri için belirlenen farklı değerlere uygun olarak 400 GT ve üzeri gemiler için hesaplanmalıdır. Her bir gemi için hesaplanan EEXI değeri, geminin asgari enerji verimliliği standardını karşıladığından emin olmak için gerekli EEXI değerinin altında olmalıdır.
CII (Carbon Intensity Indicator) Nedir?
Bu gösterge gemilerin karbon yoğunluğunu ölçer ve her yıl daha sıkı hale gelen bir derecelendirme sistemi ile gemi sahiplerini emisyon azaltma önlemleri almaya teşvik eder. CII, geminin yıllık yakıt tüketimi ve taşınan yük miktarına dayanarak hesaplanır. IMO’nun CII limitleri, gemilerin yıllık olarak belirli bir karbon yoğunluğunu aşmamasını gerektirir. Her gemi için belirlenen limitler, geminin tipi ve boyutuna bağlı olarak değişir. Bu göstergeye bağlı denetelecek gemiler 5000 GT ve üzeri olanlardır. 5000 GT ve altındaki gemiler için EEXI verileri istenen değerde ise CII önemli değildir.
CII Derecelendirmesi Nasıl Çalışır?
Bir geminin CII göstergesi A en iyi olacak şekilde sırasıyla A, B, C, D, E kategorileriyle tanımlanır. Performans seviyesi Gemi Enerji Verimliliği Yönetim Planı (SEEMP) içine kaydedilir.
Üç yıl üst üste D veya bir yıl E olarak derecelendirilen bir gemi, minimum C veya üzeri dereceye nasıl ulaşılacağını ispatlayan bir eylem planı sunmalıdır. Hükümetler, liman otoriteleri ve diğer taraflar A ve B endekse sahip gemilere teşvik sağlamalıdır.
Düşük karbonlu yakıtla çalışan gemiler doğal olarak daha iyi bir derecelendirmeye sahip olacaktır. Ancak yıllık karbon salınımını azaltmanın çeşitli yolları mevcuttur.
Gemilerde Sera Gazlarını Azaltma Yöntemleri
1. Yakıt Değişimi (Fuel Change)
Denizcilik endüstrisinde en etkili emisyon azaltma yöntemlerinden biri yakıt değişimidir. Örneğin Marine Diesel Oil (MDO) yerine sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) kullanımı CO2 emisyonlarını yaklaşık %20-25 oranında azaltabilir.
Özellikle son zamanlarda “Duel-Fuel” gemilere sıkça rastlanmaktadır.
Duel-Fuel (Çift Yakıtlı) Gemi Makineleri
Çift yakıtlı makine, hem gaz hem de sıvı yakıtlarla çalışabilen dizel makinedir. Gaz modunda çalışırken, motor Otto çevrimine1 göre çalışır ve emme strokunda silindirlere düşük yoğunluklu hava-yakıt karışımı beslenir. %47’nin üzerinde verimlilik kaydedilmiştir. (Wartsila)
Dizel modunda çalışırken makine dizel çevrimine göre çalışır ve dizel yakıtı sıkıştırma strokunun sonunda silindirlere verilir. Makine, gaz yakıtlarıyla çalışmak üzere tasarlanmış olup dizel yakıt yedek olarak tutulur.
Çift yakıt teknolojisi, motorun LNG, LFO, HFO, hatta biyoyakıtla çalıştırılabilmesini sağlar. Yakıtlar arasında geçiş operasyon sırasında güç veya hız kaybı olmadan gerçekleşebilir. Makine, kullanılan yakıt ne olursa olsun aynı çıkışı verecek şekilde tasarlanmıştır.
2. Hız ve Rota Optimizasyonu (Speed and Route Optimisation)
Gemilerin hızını azaltmak, yakıt tüketimini ve dolayısıyla CO2 emisyonlarını azaltır. Örneğin gemi hızının %10 ve %40 azaltılması, CO2 emisyonlarını sırasıyla %27.05 ve %78.39 oranında azaltır.
Hız ve rota optimizasyonu gemiye herhangi bir teknik kurulum yapılmadan uygulanabilecek yöntemlerdendir. Gemi hızı normale kıyasla düşük tutularak emisyonlar azaltılır. Rota optimizasyonu ise geminin iki liman arasında en az yakıt tüketecek şekilde seyredebileceği rotanın belirlenmesidir. Bu belirlemede meteorolojik koşullar, mesafe, manevra gereklilikleri gibi etkenler dikkate alınır.
Günümüzde saatlerin, hatta dakikaların binlerce dolar etmesi ve yakıt tüketiminin minimuma indirilme çabası meterolojik rotalamayı (Weather Routeing) çok önemli hale getirmiştir. Günümüzde gemiler karadaki meteoroloji ofislerinin tavsiyelerini gün gün takip eder ve rotalarını en az yakıt sarf edecekleri şekilde ayarlar.
3. Enerji Verimliliği Cihazları
Bu kategoride farklı cihazlar ele alabiliriz. Örneğin IMO, yakıt tüketimini düşürmek için enerji verimliliği yüksek aydınlatma ürünlerinin kullanımını, yaşam mahali elektriğinin elde edilmesi için yenilenebilir enerji kaynaklarının (rüzgar ve güneş) kullanılabileceğini belirtiyor. Bilindiği üzere gemiler dizel jeneratörlerde fosil yakıtlar yakarak elektrik enerjisi elde ederler.
Bu yazıyı yazarken denk geldiğim, Japonya’da yapılan bir araştırmada ise, gemi gövdesinde enjektörler yardımı ile hava kabarcıkları oluşturulmasının gemi ve su arasında bir hava katmanı yaratarak sürtünmeyi azaltacağını, ve geminin yakıt tüketiminin düşerek enerji verimliliğinin artacağını yazıyor.2
4. Karbon Yakalama ve Depolama (Carbon Capture and Storage)
Scrubber olarak da bilinen karbon yakalayıcı donanımlar ile SOx , NOx ve PM (Particul Matter) gibi zararlı maddeler geminin egzoz çıkışına kurularak emisyonlar düşürülebilir.
Çalışma prensibi özetle şu şekildedir: Geminin motorlarından çıkan egzoz gazları, scrubber sistemine yönlendirilir. Egzoz gazları, sistemin içinde bulunan sıvı ile temas eder. Açık devre sistemlerinde deniz suyu, kapalı devre sistemlerinde ise tatlı su kullanılır. Sıvı, egzoz gazlarındaki SOx bileşenleri ile kimyasal reaksiyona girer. Bu reaksiyonlar sonucunda SOx bileşenleri nötralize edilir ve zararsız bileşiklere dönüştürülür.
Örneğin, SO2‘nin deniz suyundaki karbonat iyonları ile reaksiyonu: SO2 + HCO3 – = HSO3 – + CO2
Temizlenen gazlar, atmosfere salınır. Bu gazlar, başlangıçtaki SOx seviyelerine göre çok daha düşük SOx içeriğine sahiptir. Kirli su, açık devre sistemlerinde doğrudan denize boşaltılırken, kapalı devre sistemlerinde geri dönüştürülür ve yeniden kullanılır. Açık Devre Scrubber, deniz suyunu kullanarak egzoz gazlarını temizler ve kirli suyu denize geri boşaltır. Kapalı Devre Scrubber, tatlı su kullanarak egzoz gazlarını temizler ve kirli suyu geri dönüştürerek tekrar kullanır. Hibrit Scrubber ise hem açık hem de kapalı devre modlarında çalışabilir.
Scrubber’ların dezavantajları ise yatırım maliyetlerinin yüksek olması ve de bakım-tutum maliyetleri diyebiliriz. Ayrıca düşük sülfür oranlı yakıt (LSFO-VLSFO) fiyatlarındaki düşüşlerde daha az tercih edilebilir hale gelmektedir.
5. Karina Temizliği ve Sualtı Alanı Tasarımı
Gemilerin su altında kalan kısımlarının suyla temas ederek sürtünme yaratacağından yakıt tüketimine etkisi büyüktür. Gemi karinasının temizlenmesi, katodik koruma ve/veya antifouling boyalar ile korunması, gemi karina tasarımlarının su direncini en aza indirecek şekilde yapılması enerji verimliliğini artıracağından karbon salınımını düşürecektir.
Shapoli Sistemi Nedir?
IMO MEPC.335(76)’ya göre ShaPoLi (Overridable Shaft Power Limitation) sistemi, şaftın maksimum gücünün teknik yollarla sınırlanması için doğrulanmış ve onaylanmış bir sistem anlamına gelir. Bu sistem, sadece gemi kaptanı veya köprüüstü vardiyasından sorumlu zabit (OICNW) tarafından geminin güvenliğini sağlamak veya denizde can kurtarmak amacıyla geçersiz kılınabilir.
Aynı sirkülerde EPL (Engine Power Limitation)’dan da bahsetmektedir. Shapoli’de şafttan pervaneye iletilen güç sınırlanırken EPL’de ana makineden şafta iletilen güç sınırlanmaktadır. Sınırın üstünde kalan güce ise Power Reserve adı verilir. Örneğin bir gemiye kurulan shapoli sistemi gücü ana makine gücünün %70’inde limitliyor ise, 18.660 kW güce sahip bir ana makinede 13.062 kW mevcut güç (available power), 5.598 kW rezerv güç bulunur.
MCR: Maximum Continuous Rating, motorun sürekli olarak güvenle çalışabileceği maksimum gücü temsil eder ve yatay kesik çizgi ile gösterilmiştir.
Light Propeller Curve: Mavi kesik çizgi ile gösterilmiş olup, makine yükünün izlediği eğridir.
NMCR, MCR'ye karşılık gelen motor hızıdır ve grafikte dikey bir çizgi ile belirtilmiştir.
105% NMCR, MCR'nin %105'ine karşılık gelen motor hızıdır ve dikey bir çizgi ile belirtilmiştir.
Pervane şaftına bağlı bir ölçüm sistemi, şafttaki gücü sınırlamak için pitch ve/veya RPM ayarını kontrollü bir şekilde sınırlayarak itici kontrol sistemine (Propulsion Control System) bir sinyal gönderir. Sistem, köprüüstündeki bir anahtar ile geçersiz kılınabilir.
Shapoli sistemi, geminin çeşitli noktalarına yerleştirilmiş sensörler aracılığıyla yakıt tüketimi, hız, rüzgar koşulları, dalga yüksekliği ve akıntılar gibi parametreleri toplar. Toplanan veriler, gelişmiş algoritmalar ve makine öğrenimi teknikleri kullanılarak analiz edilir. Bu analizler sonucunda, geminin en verimli operasyonel parametreleri belirlenir. Geminin hızını optimize ederek yakıt verimliliği artırılır ve emisyonlar azaltılır. Shapoli sistemi, geminin hızını sürekli olarak izler ve gerektiğinde ayarlamalar yapar.
Makine gücünü kısıtlayarak emisyon düşürmeyi hedeflediğinden shapoli sistemi için hız optimizasyonu seçeneklerinden biridir diyebiliriz.
- Otto çevrimi, 4 zamanlı makinelerin çalışma mantığı için kullanılan bir terimdir. ↩︎
- Combination of Propulsion Engine with Air Lubrication System for Ultimate Ship Efficiency, Tetsugo Fukuda, Oleksiy Bondarenko ↩︎
EEXI ve CII hesaplamaları biraz karışık olduğundan değinmedim, ancak özellikle 2050’ye doğru ilerlerken bizleri daha sıkı kurallar beklemekte. Umarım faydalı olmuştur 🙂