Τεχνική, οικονομική και περιβαλλοντική μελέτη για την εγκατάσταση πλυντρίδων στον παγκόσμιο στόλο

Τοπαλίδης, Κωνσταντίνος; Topalidis,Konstantinos

dc.contributor.author	Τοπαλίδης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Topalidis,Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2025-11-12T06:06:12Z
dc.date.available	2025-11-12T06:06:12Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62834
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30530
dc.rights	Default License
dc.subject	τεχνική	el
dc.subject	οικονομική	el
dc.subject	περιβαλλοντική	el
dc.subject	μελέτη	el
dc.subject	πλυντρίδες	el
dc.subject	technical	el
dc.subject	environmental	el
dc.subject	economic	el
dc.subject	scrubber	el
dc.subject	study	el
dc.title	Τεχνική, οικονομική και περιβαλλοντική μελέτη για την εγκατάσταση πλυντρίδων στον παγκόσμιο στόλο	el
dc.contributor.department	Τομέας Μελέτης Πλοίου και Θαλασσίων Μεταφορών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Μια τεχνική, οικονομική και περιβαλλοντική μελέτη για την εγκατάσταση πλυντρίδων σε πλοία, με σκοπό τη συμμόρφωση με τον κανονισμό ΙΜΟ2020, περί περιορισμού της περιεκτικότητας θείου στα καύσιμα, με σκοπό την μείωση των εκπομπών ρύπων	el
heal.classification	Οικονομικά	el
heal.classification	Τεχνολογία	el
heal.classification	Περιβάλλον	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-06-16
heal.abstract	Η διεθνής ναυτιλιακή βιομηχανία αποτελεί θεμέλιο του παγκόσμιου εμπορίου, μεταφέροντας περίπου το 90% των αγαθών διεθνώς. Παρότι συχνά χαρακτηρίζεται ως ο αποδοτικότερος τρόπος μεταφοράς βάσει του δείκτη τόνος-χιλιόμετρο, το εύρος των δραστηριοτήτων της συνεπάγεται σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Ένα από τα πλέον επείγοντα περιβαλλοντικά ζητήματα που αντιμετωπίζει ο κλάδος αφορά τη ρύπανση της ατμόσφαιρας, η οποία οφείλεται στην καύση βαρέος μαζούτ (HFO) και εκδηλώνεται κυρίως μέσω εκπομπών διοξειδίου του θείου (SOₓ), οξειδίων του αζώτου (NOₓ) και αιωρούμενων σωματιδίων (PM). Τα οξείδια του θείου αποτελούν ιδιαιτέρως επιβλαβείς ρύπους, οι οποίοι συμβάλλουν στον σχηματισμό όξινης βροχής, προκαλούν αναπνευστικά προβλήματα στους ανθρώπους και επιβαρύνουν σοβαρά τα οικοσυστήματα. Η υψηλή περιεκτικότητα των ναυτιλιακών καυσίμων σε θείο, όπως το HFO, καθιστά τη ναυτιλία έναν από τους σημαντικότερους παγκόσμιους εκπομπείς SOₓ. Αναγνωρίζοντας τη σοβαρότητα του προβλήματος, ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (IMO), καθώς και άλλοι κανονιστικοί φορείς, προχώρησαν σε σειρά ρυθμιστικών παρεμβάσεων για τον περιορισμό των αέριων ρύπων από τη ναυτιλία. Οι πλέον καθοριστικές είναι το όριο θείου IMO 2020 και η δημιουργία Περιοχών Ελέγχου Εκπομπών (ECAs), που μετέβαλαν ριζικά το κανονιστικό και οικονομικό περιβάλλον του κλάδου. Ο IMO, ως εξειδικευμένος οργανισμός του ΟΗΕ για τη ναυτιλία, ηγήθηκε των διεθνών προσπαθειών, με σημαντικότερο ορόσημο την Τροποποίηση 14 του Παραρτήματος VI της Σύμβασης MARPOL. Η τροποποίηση αυτή όρισε ότι από την 1η Ιανουαρίου 2020, η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα θείου στα καύσιμα εκτός ECAs μειώνεται από 3,5% σε 0,5% m/m — μια μείωση άνω του 85%. Στις ECAs, από το 2015, ισχύει αυστηρότερο όριο 0,1% m/m. Οι περιοχές αυτές περιλαμβάνουν τη Βαλτική, τη Βόρεια Θάλασσα, τις ακτές της Βόρειας Αμερικής, την Καραϊβική των ΗΠΑ και τη Μεσόγειο. Πέραν του IMO, και άλλες περιοχές έχουν υιοθετήσει μέτρα: η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει ενσωματώσει τις ρυθμίσεις του IMO στη νομοθεσία της, ενώ η Κίνα έχει επιβάλει αντίστοιχες ρυθμίσεις στις ακτές της. Οι πλοιοκτήτες που επιδιώκουν συμμόρφωση με τον κανονισμό IMO 2020 διαθέτουν δύο βασικές επιλογές. Η πρώτη είναι η χρήση καυσίμων χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο, όπως το Very Low Sulfur Fuel Oil (VLSFO), το Marine Gas Oil (MGO) και εναλλακτικά καύσιμα όπως LNG, μεθανόλη ή βιοκαύσιμα. Αν και συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις, τα καύσιμα αυτά είναι σημαντικά ακριβότερα και συνοδεύονται από τεχνικές προκλήσεις, όπως μειωμένη λιπαντικότητα και πιθανή ασυμβατότητα. Η δεύτερη επιλογή είναι η εγκατάσταση συστημάτων καθαρισμού καυσαερίων (Exhaust Gas Cleaning Systems - EGCS), γνωστών ως πλυντρίδες (scrubbers), τα οποία επιτρέπουν τη συνέχιση της χρήσης HFO μέσω καθαρισμού των καυσαερίων πριν από την εκπομπή τους στην ατμόσφαιρα, προσφέροντας τόσο τεχνολογική συμμόρφωση όσο και δυνατότητα εξοικονόμησης μέσω φθηνότερου καυσίμου. Στην εργασία αυτή ερευνάται η δεύτερη επιλογή, αυτή των πλυντρίδων. Η λειτουργία των θαλάσσιων πλυντρίδων (scrubbers) βασίζεται στη χημική αντίδραση των οξειδίων του θείου (SOₓ), που περιέχονται στα καυσαέρια του πλοίου, με το αλκαλικό νερό. Αυτή η αντίδραση έχει4 ως αποτέλεσμα τη μείωση των εκπομπών SOₓ και τη μετατροπή τους σε λιγότερο επιβλαβείς ενώσεις, όπως τα θειικά άλατα. Οι βασικοί τύποι πλυντρίδων είναι τρεις: (1) οι πλυντρίδες ανοιχτού βρόχου, που χρησιμοποιούν θαλασσινό νερό και απορρίπτουν τα επεξεργασμένα απόβλητα απευθείας στη θάλασσα, που όμως περιορίζονται περιβαλλοντικά σε ορισμένες περιοχές· (2) οι πλυντρίδες κλειστού βρόχου, που χρησιμοποιούν γλυκό νερό με χημικά πρόσθετα και απορρίπτουν τα κατάλοιπα στη στεριά· και (3) τα υβριδικά συστήματα, τα οποία συνδυάζουν τα δύο προηγούμενα και προσφέρουν επιχειρησιακή ευελιξία, απαιτώντας ωστόσο πολύπλοκο σχεδιασμό, αυστηρή επιλογή κατασκευαστή, ασφαλή και πιστή εγκατάσταση, και δυνατότητα επιτόπιων παρεμβάσεων στο ναυπηγείο. Λόγω των περιβαλλοντικών κανονισμών, η αγορά πλυντρίδων έχει αλλάξει ριζικά την τελευταία δεκαετία. Η θέσπιση του παγκόσμιου ορίου θείου το 2020 αποτέλεσε σημείο καμπής, με αποτέλεσμα την αύξηση της ζήτησης πλυντρίδων. Από το 2015 έως το 2025, οι πλυντρίδες μετατράπηκαν από εξειδικευμένη λύση σε βασική στρατηγική συμμόρφωσης, υποστηριζόμενη από την τεχνολογική τους ωρίμανση και την αυξανόμενη ανάγκη για ευέλικτα, πλοιοκεντρικά συστήματα ελέγχου εκπομπών. Οι πλυντρίδες επέτρεψαν τη συνέχιση χρήσης καυσίμων υψηλής περιεκτικότητας σε θείο, προσφέροντας βαθμό επιχειρησιακής και εφοδιαστικής αυτονομίας που σπανίως διασφαλίζουν τα εναλλακτικά καύσιμα. Η εξέλιξη της αγοράς επηρεάστηκε επιπλέον από την πρόοδο της τεχνολογίας και τις κοινωνικό-περιβαλλοντικές πιέσεις, όπως η αυξανόμενη ευαισθητοποίηση για τη ρύπανση των θαλασσών και ο ρόλος της ναυτιλίας στις παγκόσμιες εκπομπές. Με το βλέμμα στο μέλλον, η αγορά πλυντρίδων αναμένεται να παραμείνει δυναμική. Οι συνεχιζόμενες ρυθμιστικές αλλαγές, ιδιαίτερα όσον αφορά την απόρριψη υγρών αποβλήτων και τις ECAs, θα επηρεάσουν τον σχεδιασμό και την εγκατάσταση νέων συστημάτων. Παράλληλα, η τεχνολογική καινοτομία προβλέπεται να βελτιώσει περαιτέρω την απόδοση και την ενσωμάτωση των scrubbers, καθιστώντας τους βιώσιμη λύση συμμόρφωσης, ακόμη και κατά τη σταδιακή μετάβαση του κλάδου σε συστήματα πρόωσης χαμηλών ή μηδενικών εκπομπών άνθρακα. Το κόστος εγκατάστασης πλυντρίδων κυμαίνεται μεταξύ 2 και 10 εκατομμυρίων δολαρίων, αναλόγως του μεγέθους του πλοίου και του τύπου του συστήματος. Η απόφαση για την εγκατάσταση αποτελεί αντικείμενο κεφαλαιουχικής αξιολόγησης, όπου ο πλοιοκτήτης καλείται να σταθμίσει το αρχικό κόστος (αγορά, εγκατάσταση, λειτουργία και επαναλαμβανόμενα έξοδα) έναντι των μελλοντικών εξοικονομήσεων καυσίμου — κυρίως μέσω της διαφοράς τιμής μεταξύ συμμορφωμένων και μη συμμορφωμένων καυσίμων, που αποτελεί τον βασικό παράγοντα οικονομικής αποδοτικότητας. Η εν λόγω διαφορά μεταβάλλεται εξαιρετικά και επηρεάζεται επιπλέον από τη γεωγραφική διαδρομή του πλοίου (εντός ή εκτός ECAs). Η οικονομική αξιολόγηση βασίζεται στους δείκτες Καθαράς Παρούσας Αξίας (NPV), Απόδοσης επί της Επένδυσης (ROI), Εσωτερικού Βαθμού Απόδοσης (IRR) και Περιόδου Αποπληρωμής (Payback Period), λαμβάνοντας υπόψη τιμές καυσίμων, ημέρες πλεύσης και κόστος καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του πλοίου. Στην παρούσα εργασία αναλύονται 72 διαφορετικά σενάρια με βάση το μέγεθος του πλοίου, το κόστος εγκατάστασης, τη διαφορά τιμής καυσίμων και την περιοχή πλεύσης, από τα οποία προκύπτουν συγκεντρωτικά συμπεράσματα ως προς τη βιωσιμότητα της επένδυσης. Ολοκληρώνοντας, γίνεται σύγκριση με δεδομένα της αγοράς, προς επιβεβαίωση της αξιοπιστίας των ευρημάτων.	en
heal.abstract	3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η διεθνής ναυτιλιακή βιομηχανία αποτελεί θεμέλιο του παγκόσμιου εμπορίου, μεταφέροντας περίπου το 90% των αγαθών διεθνώς. Παρότι συχνά χαρακτηρίζεται ως ο αποδοτικότερος τρόπος μεταφοράς βάσει του δείκτη τόνος-χιλιόμετρο, το εύρος των δραστηριοτήτων της συνεπάγεται σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Ένα από τα πλέον επείγοντα περιβαλλοντικά ζητήματα που αντιμετωπίζει ο κλάδος αφορά τη ρύπανση της ατμόσφαιρας, η οποία οφείλεται στην καύση βαρέος μαζούτ (HFO) και εκδηλώνεται κυρίως μέσω εκπομπών διοξειδίου του θείου (SOₓ), οξειδίων του αζώτου (NOₓ) και αιωρούμενων σωματιδίων (PM). Τα οξείδια του θείου αποτελούν ιδιαιτέρως επιβλαβείς ρύπους, οι οποίοι συμβάλλουν στον σχηματισμό όξινης βροχής, προκαλούν αναπνευστικά προβλήματα στους ανθρώπους και επιβαρύνουν σοβαρά τα οικοσυστήματα. Η υψηλή περιεκτικότητα των ναυτιλιακών καυσίμων σε θείο, όπως το HFO, καθιστά τη ναυτιλία έναν από τους σημαντικότερους παγκόσμιους εκπομπείς SOₓ. Αναγνωρίζοντας τη σοβαρότητα του προβλήματος, ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (IMO), καθώς και άλλοι κανονιστικοί φορείς, προχώρησαν σε σειρά ρυθμιστικών παρεμβάσεων για τον περιορισμό των αέριων ρύπων από τη ναυτιλία. Οι πλέον καθοριστικές είναι το όριο θείου IMO 2020 και η δημιουργία Περιοχών Ελέγχου Εκπομπών (ECAs), που μετέβαλαν ριζικά το κανονιστικό και οικονομικό περιβάλλον του κλάδου. Ο IMO, ως εξειδικευμένος οργανισμός του ΟΗΕ για τη ναυτιλία, ηγήθηκε των διεθνών προσπαθειών, με σημαντικότερο ορόσημο την Τροποποίηση 14 του Παραρτήματος VI της Σύμβασης MARPOL. Η τροποποίηση αυτή όρισε ότι από την 1η Ιανουαρίου 2020, η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα θείου στα καύσιμα εκτός ECAs μειώνεται από 3,5% σε 0,5% m/m — μια μείωση άνω του 85%. Στις ECAs, από το 2015, ισχύει αυστηρότερο όριο 0,1% m/m. Οι περιοχές αυτές περιλαμβάνουν τη Βαλτική, τη Βόρεια Θάλασσα, τις ακτές της Βόρειας Αμερικής, την Καραϊβική των ΗΠΑ και τη Μεσόγειο. Πέραν του IMO, και άλλες περιοχές έχουν υιοθετήσει μέτρα: η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει ενσωματώσει τις ρυθμίσεις του IMO στη νομοθεσία της, ενώ η Κίνα έχει επιβάλει αντίστοιχες ρυθμίσεις στις ακτές της. Οι πλοιοκτήτες που επιδιώκουν συμμόρφωση με τον κανονισμό IMO 2020 διαθέτουν δύο βασικές επιλογές. Η πρώτη είναι η χρήση καυσίμων χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο, όπως το Very Low Sulfur Fuel Oil (VLSFO), το Marine Gas Oil (MGO) και εναλλακτικά καύσιμα όπως LNG, μεθανόλη ή βιοκαύσιμα. Αν και συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις, τα καύσιμα αυτά είναι σημαντικά ακριβότερα και συνοδεύονται από τεχνικές προκλήσεις, όπως μειωμένη λιπαντικότητα και πιθανή ασυμβατότητα. Η δεύτερη επιλογή είναι η εγκατάσταση συστημάτων καθαρισμού καυσαερίων (Exhaust Gas Cleaning Systems - EGCS), γνωστών ως πλυντρίδες (scrubbers), τα οποία επιτρέπουν τη συνέχιση της χρήσης HFO μέσω καθαρισμού των καυσαερίων πριν από την εκπομπή τους στην ατμόσφαιρα, προσφέροντας τόσο τεχνολογική συμμόρφωση όσο και δυνατότητα εξοικονόμησης μέσω φθηνότερου καυσίμου. Στην εργασία αυτή ερευνάται η δεύτερη επιλογή, αυτή των πλυντρίδων. Η λειτουργία των 4 ως αποτέλεσμα τη μείωση των εκπομπών SOₓ και τη μετατροπή τους σε λιγότερο επιβλαβείς ενώσεις, όπως τα θειικά άλατα. Οι βασικοί τύποι πλυντρίδων είναι τρεις: (1) οι πλυντρίδες ανοιχτού βρόχου, που χρησιμοποιούν θαλασσινό νερό και απορρίπτουν τα επεξεργασμένα απόβλητα απευθείας στη θάλασσα, που όμως περιορίζονται περιβαλλοντικά σε ορισμένες περιοχές· (2) οι πλυντρίδες κλειστού βρόχου, που χρησιμοποιούν γλυκό νερό με χημικά πρόσθετα και απορρίπτουν τα κατάλοιπα στη στεριά· και (3) τα υβριδικά συστήματα, τα οποία συνδυάζουν τα δύο προηγούμενα και προσφέρουν επιχειρησιακή ευελιξία, απαιτώντας ωστόσο πολύπλοκο σχεδιασμό, αυστηρή επιλογή κατασκευαστή, ασφαλή και πιστή εγκατάσταση, και δυνατότητα επιτόπιων παρεμβάσεων στο ναυπηγείο. Λόγω των περιβαλλοντικών κανονισμών, η αγορά πλυντρίδων έχει αλλάξει ριζικά την τελευταία δεκαετία. Η θέσπιση του παγκόσμιου ορίου θείου το 2020 αποτέλεσε σημείο καμπής, με αποτέλεσμα την αύξηση της ζήτησης πλυντρίδων. Από το 2015 έως το 2025, οι πλυντρίδες μετατράπηκαν από εξειδικευμένη λύση σε βασική στρατηγική συμμόρφωσης, υποστηριζόμενη από την τεχνολογική τους ωρίμανση και την αυξανόμενη ανάγκη για ευέλικτα, πλοιοκεντρικά συστήματα ελέγχου εκπομπών. Οι πλυντρίδες επέτρεψαν τη συνέχιση χρήσης καυσίμων υψηλής περιεκτικότητας σε θείο, προσφέροντας βαθμό επιχειρησιακής και εφοδιαστικής αυτονομίας που σπανίως διασφαλίζουν τα εναλλακτικά καύσιμα. Η εξέλιξη της αγοράς επηρεάστηκε επιπλέον από την πρόοδο της τεχνολογίας και τις κοινωνικό-περιβαλλοντικές πιέσεις, όπως η αυξανόμενη ευαισθητοποίηση για τη ρύπανση των θαλασσών και ο ρόλος της ναυτιλίας στις παγκόσμιες εκπομπές. Με το βλέμμα στο μέλλον, η αγορά πλυντρίδων αναμένεται να παραμείνει δυναμική. Οι συνεχιζόμενες ρυθμιστικές αλλαγές, ιδιαίτερα όσον αφορά την απόρριψη υγρών αποβλήτων και τις ECAs, θα επηρεάσουν τον σχεδιασμό και την εγκατάσταση νέων συστημάτων. Παράλληλα, η τεχνολογική καινοτομία προβλέπεται να βελτιώσει περαιτέρω την απόδοση και την ενσωμάτωση των scrubbers, καθιστώντας τους βιώσιμη λύση συμμόρφωσης, ακόμη και κατά τη σταδιακή μετάβαση του κλάδου σε συστήματα πρόωσης χαμηλών ή μηδενικών εκπομπών άνθρακα. Το κόστος εγκατάστασης πλυντρίδων κυμαίνεται μεταξύ 2 και 10 εκατομμυρίων δολαρίων, αναλόγως του μεγέθους του πλοίου και του τύπου του συστήματος. Η απόφαση για την εγκατάσταση αποτελεί αντικείμενο κεφαλαιουχικής αξιολόγησης, όπου ο πλοιοκτήτης καλείται να σταθμίσει το αρχικό κόστος (αγορά, εγκατάσταση, λειτουργία και επαναλαμβανόμενα έξοδα) έναντι των μελλοντικών εξοικονομήσεων καυσίμου — κυρίως μέσω της διαφοράς τιμής μεταξύ συμμορφωμένων και μη συμμορφωμένων καυσίμων, που αποτελεί τον βασικό παράγοντα Η οικονομική αξιολόγηση βασίζεται στους δείκτες Καθαράς Παρούσας Αξίας (NPV), Απόδοσης επί της Επένδυσης (ROI), Εσωτερικού Βαθμού Απόδοσης (IRR) και Περιόδου Αποπληρωμής (Payback Period), λαμβάνοντας υπόψη τιμές καυσίμων, ημέρες πλεύσης και κόστος καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του πλοίου. Στην παρούσα εργασία αναλύονται 72 διαφορετικά σενάρια με βάση το μέγεθος του πλοίου, το κόστος εγκατάστασης, τη διαφορά τιμής καυσίμων και την περιοχή πλεύσης, από τα οποία προκύπτουν συγκεντρωτικά συμπεράσματα ως προς τη βιωσιμότητα της επένδυσης. Ολοκληρώνοντας, γίνεται σύγκριση με δεδομένα της αγοράς, προς επιβεβαίωση της	el
heal.advisorName	Λυρίδης, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Αραβώσης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βεντίκος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Λυρίδης, Δημήτρης	el
heal.academicPublisher	Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μελέτης Πλοίου και Θαλάσσιων Μεταφορών
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	174
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false