Bilindiği üzere IMO 2050 Sera Gazı Stratejisi, 2008 baz yılına göre 2030'a kadar karbon yoğunluğunu %40 ve 2050'ye kadar toplamda %50 (%70 yoğunluk) azaltma hedefini belirlemiştir.

IMO bu stratejiye uyum kapsamında kısa ve uzun vadeli bir dizi önlemleri devreye sokmaktadır. Kısa vadeli tedbirlerin 2023 yılına kadar yürürlüğe girmesi amaçlanıyor. Daha önceki yazılarımda da açıklandığı üzere kısa vadeli hedefler kapsamında IMO, teknik ve operasyonel tedbirlerin bir kombinasyonunu birlikte uygulamaya karar verdi. EEXI, yeni inşa gemilerde geçerli olan EEDI’nin mevcut gemilere adaptasyonunu içeren teknik önlemi; CII ise, hizmette olan her bir gemi için gerçek tüketimi ve kat edilen mesafeyi dikkate alan operasyonel önlemdir.

Sonuç itibariyle her iki indeks de geminin yakıt tüketimini sınırlamayı hedeflemektedir. Taşıma kapasitesine göre yüksek yakıt tüketen ya da işletme esnasında tüketimi artıran gemiler için bir dizi yaptırımlar söz konusudur. Bir anlamda IMO, mevcut gemilerde teknik düzenlemeye gidilmeden 2050 hedeflerine ulaşılamayacağını deklere etmiş oldu. Bu hedeflerin gerisinde kalındığında yakıt vergisi ve karbon borsasının devreye sokularak sürecin hızlandırılacağını rahatlıkla söyleyebiliriz. Şekil-1’de görüldüğü üzere çoğu Avrupa Birliği ülkesi hali hazırda sanayi tesislerinden bacaya salınan CO₂ emisyonundan karbon vergisi almaktadır. Şimdilik gemi bacasından salınan CO₂ emisyonlarından vergi alınmamaktadır.

Şekil-1. Dünya Genelinde Karbon Vergisi Miktarları (USD/tCO₂)

Avrupa Birliği, 2023 yılından itibaren gemi karbon salımını da karbon vergisine dâhil etmeyi planlamaktadır. AB ye üye ülkelerin limanlarına uğrayan gemilerden ton CO₂ başına almayı planladığı karbon vergisi 25€/tCO₂’den aşamalı olarak 2030 yılına kadar 65€/tCO₂’e kadar yükseleceği öngörülmektedir. Bu verginin doğrudan tahsil şeklinde olacağı gibi borsa üzerinden de tahsil edilmesi mümkündür.  Hali hazırda 14 Mayıs 2021 tarihi itibariyle AB karbon borsasında ton başına CO₂ fiyatı 56€ civarına yükselmiştir. Bu arada, bir ton yakıtın yaklaşık 3.2 ton CO₂ açığa çıkardığını hatırlarsak C sınıfı altındaki gemilerden bir ton yakıttan alınacak yakıt vergisinin 80€ (95$)’dan 208€ (245$)’ya çıkacak anlamına geliyor. Mevcut VLSFO fiyatının 550- 600$ olduğu dikkate alındığında dolaylı yakıt fiyatının 645$ dan 758$’a çıkacağı anlamına gelmektedir. 2030 sonrası için bir öngörüde bulunmak gerekirse karbon vergisinin yakıt fiyatlarına oranın %50 seviyesine çıkacağını söyleyebiliriz.

1.1 Alternatif Yakıtların Karbon içeriği ve enerji yoğunluğu açısından karşılaştırılması

Gemilerde CO₂ emisyonlarının azaltmak için iki temel yöntem bulunmaktadır. Bu yöntemlerden birisi enerji verimli sistemlere yönelmek, ikincisi karbon içeriği düşük alternatif yakıtlara yönelmektir.

Bilindiği gibi, HFO, VLSFO ya da MGO gibi yakıtların karbon içeriği yüksektir. Bir yakıt içerisindeki karbon oranı azaldıkça çevreye yayılan CO₂ emisyonu da azalmaktadır. Gemi Motor üreticileri bu nedenle alternatif yakıt arayışını hızlandırmıştır. Tablo-1 Gemilerde kullanılan bazı yakıtların karbon içeriği ve karbon katsayısı gözükmektedir.

Tablo-1. Gemilerde kullanılan başlıca Yakıtların karbon içeriği ve Karbon katsayısı

Tablo-1 incelendiğinde CO₂ emisyonlarını azaltmak için uygun alternatiflerin Amonyak; LNG, methanol ve ethanol olduğu görülmektedir. Ethanol bitkisel yakıtların fermantasyonu ile elde edildiği için sürdürülebilirlik sorunu bulunmaktadır. Methanol hidrokabon kökenlik yakıtların su buharı ile kimyasal işleme tabi tutularak elde edildiği için sürdürülebilirlik özelliği taşımaktadır. Ancak, toksik olması ve parlama noktasının çok düşük olması insan sağlığı ve yangın güvenliği açısından risktir. Bu risk çift çidarlı yakıt borusu ve yakıt kaçağını sezerek sistemi kilitleyen sensör gibi kontrol üniteleri ile azaltılabilir. Yakıtın sıvı olması mevcut yakıt tanklarının korozyona göre güçlendirilmesi ile sağlanabildiği için ilk yatırım maliyetleri gaz yakıtlara göre daha düşüktür. Ancak, yakıt fiyatlarının yüksekliği ile ısıl değerinin HFO ün yarısı olması diğer dezavantajlarından birisidir.

Tablo-2 Alternatif yakıtların Enerji içerikleri, eşdeğer enerji tüketimi açısından gerekli tank kapasitesi ve Emisyon düşürme potansiyellerini göstermektedir.

Tablo-2. Alternatif yakıtların Enerji içerikleri, eşdeğer enerji talebi için gerekli tank kapasitesi ve Emisyon düşürme potansiyelleri

Tablo-2 incelendiğinde özgül enerjisi (birim kütle başına) en yüksek yakıt hidrojen (120 MJ/kg) olmakla birlikte enerji yoğunluğu açısından (birim hacim başına enerji içeriği, MJ/L) karşılaştırma yapıldığında en düşük enerji içeriğine sahip yakıt (8.5 MJ/L) olmaktadır. Enerji yoğunluğu en yüksek ikinci yakıt ise LNG’dir. LNG’nin özgül enerjisi 50 MJ/kg iken özgül yoğunluğu 22 MJ/L’dir. Enerji yoğunluğu açısından en uygun yakıt HFO’dür. HFO’ün enerji yoğunluğu 35 MJ/L’dir. Bir yakıtın enerji yoğunluğu iki açıdan önemlidir:

1. Yakıtın pompadan her pompalanmasında motora yakıtla gönderilen enerji miktarı enerji yoğunluğu arttıkça artar. Tersi durumda azalır. Örnek vermek gerekirse, eşdeğer güç eldesi için silindire bir çevrimde 1 birim yakıt pompalandığında, 1.59 birim LNG, 1,34 birim LPG, 2.33 birim metanol,1.75 birim etanol, 2.75 birim amonyak, 4.11 birim hidrojen pompalamak gerekir.

2. Eşdeğer güç çıktısı ve seyir mesafesi için gerekli yakıt tank kapasitesi enerji yoğunluğu azaldıkça artmaktadır. Tablo incelendiğinde gerekli yakıt tank kapasitesi HFO için 1000 m³ ise eşdeğer seyir mesafesi için gerekli yakıt tank kapasitesi LNG için 1590 m³, LPG için 1346 m³, metanol için 2333 m³, etanol için 1750 m³, amonyak için 2755 m³ hidrojen için 4117 m³ olmaktadır. Mevcut gemilerin alternatif yakıta dönüşümü düşünülüyorsa ticarete esas yük kapasitesinin azalacağı unutulmamalıdır. Bu kayıptan fedakârlık yapılamıyorsa alternatif çözüm, yakıt alım sıklığının artırılması şeklinde olacaktır. Bu durumda seyir mesafesinin düşeceği unutulmamalıdır.

1.2 Alternatif Yakıtların EEDI Değerlerine Etkilerinin Karşılaştırılması

EEDI ve EEXI yanma sonucu atmosfere atılan CO₂ emisyonuyla ilgilidir. Karbon emisyonunu azaltmanın iki temel yöntemi vardır ya yakıt sarfiyatını azaltıcı enerji verimli sistem dönüşümü yapmak ya da karbon içeriği düşük alternatif yakıt sistemlerine geçiş yapmaktır. Alternatif yakıtların EEDI (mevcut gemiler için EEXI) değerlerinin MDO ya göre göre azalma yüzdeleri metanol için %7, LPG için %12, LNG için %25 ve Amonyak için (%95) civarındadır. Bu orana pilot yakıt olarak kullanılan dizel yakıt etkisi eklenmiştir.  Amonyağın EEDI değerlerini bu kadar düşürmesinin nedeni bünyesinde karbon atomunun olmamasıdır. Bu açıklamalardan NH₃ ün en avantajlı yakıt olduğu anlaşılmaktadır. Ancak, Tablo-2’de görüleceği üzere kütlesel enerji içeriği (özgül enerji) MDO yakıttan 2,5 kat daha düşüktür. Bu durumda aynı seyir mesafesi için çok daha fazla yakıt tankına ihtiyaç vardır. Bu durumda Amonyak ve metanol kısa seyir mesafeleri için tercih edilebilir.

Ancak, yakıt seçiminde dikkate alınması gereken bazı önemli kriterler vardır. Bunlar

1. Yakıt temini için yeterli alt yapının durumu
2. Sürdürülebilirlik
3. Yakıt maliyeti
4. İşletme zorlukları ve sağlık riski
5. Mevcut personelin yeni yakıt sistemine adaptasyonu

Bu kriterleri detaylı olarak incelemek bu yazının kapsamını aşar. Ancak kısa hatlarıyla değinelim.

1.3 Alternatif yakıtların Fiyat Yönünden karşılaştırılması

Yakıt fiyatlarını metrik ton olarak değil birim enerji içeriği yönünden ($/GJ) değerlendirmek daha gerçekçi olacaktır. Sonuçta gemiler yakıt içerisindeki enerjiden faydalanmaktadırlar. Şekil-2’de farklı yakıtların yıllara bağlı birim enerji başına fiyat değişimleri gözükmektedir. Şekil incelendiğinde LNG’nin birim enerji fiyatının en düşük olduğu görülecektir.

Şekil-2. Birim enerji başına yakıt fiyatlarının yıllara göre değişimi

1.4 Alternatif yakıtların Temin edilebilme imkânı

LNG ile çalışan gemiler denizcilik sektöründe en çok kullanılan yakıt tipidir. Diğer yakıtların alt yapı sorunları henüz çözülebilmiş değildir. Şekil-3 incelendiğinde 2023 sonrası için LNG teminin ana ticari alanlarda yaygınlaşmaya başladığı görülmektedir. Bu alt yapının güçlendirilmesi için yoğun inşa faaliyetleri devam etmektedir. Diğer alternatif yakıt istasyonlarının LNG kadar yaygınlaşması hem zor hemde zaman alıcı bir süreçtir.  

2030 sonrası için sıfır karbon politikası kapsamında üç yakıtın ön plana çıkacağını öngörebiliriz. Bunlar Amonyak (NH₃), LNG (CH₄) ve H₂. Bu yakıtların genel özelliği içeriğindeki hidrojen atomu sayısının fazlalılığıdır. 2050 hedefinin tutturulması mevcut yakıtlara sağlanamayacaktır.

Şekil-3. Dünya üzerinde gemilerin seyir yaptığı limanlarda LNG tesis alt yapıları

Bu nedenle gemilerin tahriki için enerji yoğunluk problemi halledildiğinde yakıt hücreleriyle tahrik edilen gemilere geçiş hızlanacaktır. Bu üç yakıt motorlarda direk yakılabildiği gibi yakıt hücrelerinin ana yakıtı olan H₂ eldesi içinde elverişli yakıtlardır. Hidrojen doğada serbest olarak çok az miktarda bulunur. Çoğunlukla bileşik halde kararlı halde bulunurlar. Gemiler için bu yakıtlara ilave edilecek bir diğer alternatif ise metanoldür (CH₃OH). LNG, NH₃ ya da Metanol yakıtla çalışan gemiler ileride gerekli dönüşüm ile yakıt hücresiyle çalışan tahrik sistemine dönüştürülebilirler. Bu yakıtların yakıt hücreleriyle tahrik sistemlerinde kullanılma imkanları 2035 yıllarını bulacaktır. Bu durumda 2035-2050 yılları için yatırım yapacak şirketlerin yakıt hücresiyle tahrik edilen gemiler için bu yakıtlara yatırım yapmaları mantıklı olacaktır. Her ne kadar Amonyak karbon emisyonları için alternatif yakıt özelliği taşısa da içeriğindeki azot atomu nedeniyle NOx emisyonlarında bir miktar artacağını söyleyebiliriz. SCR ya da EGR yöntemiyle bu sorunun çözülebileceğini de belirtelim.

1.5 İşletme zorlukları ve sağlık riski

Amonyak ve Metanol toksik özelliğe sahiptir. Soğutma sistemlerinde çevre açısından zararlı görülen amonyağın şimdi gemilerde kullanımının teşvik edilmesi ayrı bir tartışma konusudur. Amonyak ve metanole ilave olarak yukarıda belirtmiş olduğum diğer gaz yakıtların kendi kendine tutuşma sıcaklıkları çok yüksektir. Bunlar içerisinde amonyak en yüksek tutuşma sıcaklığına sahiptir. Dizel yakıtın tutuşma sıcaklığı 400-450 C aralığında iken Amonyağın tutuşma sıcaklığı 650 C dir. Bu durum alternatif yakıtların çift yakıtla çalışacakları anlamına gelmektedir. Amonyağın bir diğer dezavantajı %60 yükten sonra çalışma güçlüğü göstermesidir. Bu nedenle yüksek yüklerde dizel yakıt kullanımı diğer yakıtlara göre daha fazla olacaktır. Yanabilir hava yakıt karışım aralığı diğer yakıtlara göre daha dar olduğu için türbo doldurucu basıncının düşmesi ya da hava kulerinin tıkanması durumunda motor arızasına karşı daha duyarlı olacağını söyleyebiliriz. 

Anladığım kadarıyla, amonyakla çalışan gemi inşası üzerine yoğunlaşan firmalar bu yakıtı “yakıt hücresi” öncesi kullanılabilirliğini artırma çalışması yapıyorlar.

Sonuç olarak,

Denizcilik firmaları yaklaşan sorunların hala farkında değiller. Üzerlerine büyüyerek gelen çığın altında kalmamak için stratejik kararlarını şimdiden vermeleri gerekecektir. Bekle gör politikası gelecekte sürdürülebilirliklerini azaltacaktır. 2027 yılına geldiğimizde karbon borsası yoluyla alınacak “karbon müsaadesi” ya da “yakıt vergisinin” yakıt maliyetlerini %50 artıracağını belirtmiş olalım. 2023 yılından itibaren AB 2019 verilerine göre gemilerde %5 yakıt sarfiyat azalması talep edecektir. 2023 sonrası için ise her yıl %2 azalma politikasını %4’e çekmeyi planlamaktadır. Sizin anlayacağınız, bu süreçte karbon emisyonu azaltma talebi azalmayacak daha fazla artacaktır. Bu işten kafayı kuma sokarak kurtulmak mümkün değildir.