Si bien gran parte del debate sobre el futuro del transporte marítimo se centra en grandes conceptos como el aumento de la eficiencia, las fuentes de combustible alternativas y la descarbonización, los arquitectos navales dicen que no existe una única solución para los desafíos emergentes.

El campo está teniendo que responder a medida que las tecnologías maduran rápidamente y los requisitos regulatorios siguen siendo un objetivo móvil a medida que continúan evolucionando y reaccionando al sentimiento público.

“Los operadores se preguntan qué combustible alternativo deberían considerar o si las baterías o las soluciones híbridas son una opción”, afirma Sam Waterhouse, director técnico de arquitectura naval en Elliott Bay Design Group. “Nuestro consejo es siempre empezar con un análisis de sus operaciones. Cada buque es único”.

Elliott Bay, una empresa de ingeniería y arquitectura naval que ofrece un servicio completo y cuenta con una amplia cartera de productos que abarca desde barcos pesqueros, barcazas y remolcadores hasta buques de pasajeros y transbordadores, sabe que el futuro del diseño de barcos evolucionará para adaptarse a la variedad de opciones de combustible que se presenten en el futuro. Hace diez años, la visión de futuro era convertir más barcos a gas natural licuado (GNL). Ahora, será necesario adoptar un enfoque más holístico e inclusivo.

“Uno de los mayores desafíos es el impacto que ha tenido la especialización en la arquitectura naval”, afirma Donald MacPherson, director técnico de HydroComp, un desarrollador de aplicaciones de software que optimizan la eficiencia de los buques, incluidas sus hélices. Señala que los arquitectos navales quieren conservar el control del diseño del sistema en áreas como el diseño de hélices, lo que impulsa un crecimiento significativo de sus herramientas especializadas de diseño de hélices.

“Una arquitectura naval exitosa requiere una visión de todo el proyecto respaldada por personal específico que proporcione resultados especializados muy específicos”, agrega MacPherson.

TrueProp Software, una empresa derivada y ahora socia de HydroComp, ofrece precisamente esa herramienta para la inspección y el ajuste de las hélices con el fin de maximizar el rendimiento. “Los clientes exigen más rendimiento y mayor eficiencia”, afirma Adam Kaplan, director técnico de TruProp. “El combustible y las emisiones están transformando lentamente la forma en que impulsamos (y repotenciamos) los buques”.

No hay una solución única

La descarbonización es uno de los mayores desafíos.

Glosten, una consultoría de ingeniería naval y arquitectura naval de servicio completo que trabaja en proyectos innovadores como el primer buque de investigación costero híbrido de hidrógeno y barcos piloto híbridos de batería para San Francisco, dice que la arquitectura naval implica una función de consultoría que requiere una comprensión completa de las opciones para los clientes. Requiere que eduquen a sus propios equipos, así como a los clientes y, a veces, a toda la industria. Hoy en día, los proyectos implican trabajar con los clientes para determinar qué será lo mejor para la situación individual.

Ya sea metanol, amoníaco, hidrógeno o un combustible sintético, los diseños de los buques requieren una adaptación para poder utilizar combustibles alternativos. Muchos de estos combustibles tienen una densidad energética menor y algunos plantean problemas de salud y seguridad.

“Como sector, estamos volviéndonos más inteligentes a la hora de elegir entre combustibles alternativos y electricidad”, afirma Glosten. “Muchos de nuestros clientes buscan la descarbonización y, actualmente, no existe una solución única para todos”.

Descarbonizar un buque implica algo más que simplemente encontrar la fuente de energía adecuada y adaptar la estructura y los sistemas del buque para alojar el equipo necesario. La disponibilidad de suministro de combustible o de fuentes de energía, la madurez de las tecnologías y los sistemas que lo procesarán y la infraestructura necesaria para distribuirlo son a menudo más difíciles de garantizar que el hecho de que la solución funcione o no.

“Todo se reduce a un buen análisis del perfil operativo”, afirma Waterhouse de Elliott Bay. La industria es optimista respecto de las baterías, pero el desafío es que sean más densas energéticamente.

“Actualmente, los diseños de baterías están limitados a aproximadamente dos a cuatro horas de funcionamiento máximo antes de recargarse o alrededor de 10 a 40 millas dependiendo del tamaño de los buques”, agrega, y dice que por el momento las baterías serán la solución para los transbordadores y el transporte marítimo de corta distancia. Elliott Bay diseñó un transbordador híbrido-eléctrico de doble extremo con capacidad para 599 pasajeros y 15 vehículos para Casco Bay Lines que comenzará a operar este año en un recorrido de 30 minutos entre Portland y Peaks Island, Maine.

Consideraciones de costos

La transición, sin embargo, tiene un coste.

Glosten señala que los nuevos combustibles, tecnologías y regulaciones son impulsores de costos que suponen un desafío particular para los armadores y operadores “que intentan equilibrar la descarbonización con la gestión de un negocio u operación marítima”.

De manera similar, Waterhouse, de Elliott Bay, señala que “el costo de la construcción de buques ha aumentado drásticamente en los últimos cinco años, lo que hace que sea muy difícil para los operadores financiar nuevas construcciones”. Afirma que los operadores ahora también enfrentan el gran desafío de cumplir con los objetivos futuros de reducción de emisiones.

A medida que aumentan los costos de construcción, Elliott Bay ha integrado la eficiencia y la economía como aspectos centrales de sus diseños de buques. Waterhouse espera que haya un «reenfoque en otros métodos para reducir las necesidades de combustible. Las opciones incluyen la reducción de las velocidades de tránsito, la optimización del casco y la diversificación de la flota para que se utilicen buques más pequeños cuando haya menos carga para transportar».

Glosten afirma que la inflación en el costo de construcción de nuevos buques puede hacer que los propietarios sean menos proclives a construir nuevos buques y prefieran mantener en servicio los buques existentes durante más tiempo. Sin embargo, esto conlleva el desafío de mantener los buques más antiguos en cumplimiento con las nuevas regulaciones.

Los propietarios también están buscando herramientas como TrueProp, cuya demanda está aumentando como solución para mejorar las operaciones de los buques en servicio. Kaplan señala que “incluso una hélice perfectamente fabricada y de alta tolerancia puede necesitar ajustes para ajustar el rendimiento a las necesidades de un buque. Esto significa que las herramientas de inspección y ajuste de la hélice son una parte fundamental de la entrega posterior al diseño del buque”.

A medida que los propietarios de barcos trabajan para responder a las nuevas restricciones de las agencias reguladoras, MacPherson de HydroComp dice que se vuelve atractivo considerar agregar, modificar o reemplazar componentes como hélices, conductos, bulbos, dispositivos de alerta de flujo o apéndices adaptados al flujo.

“Sin embargo, desde nuestra perspectiva, todo es un problema de sistema en primer lugar y un problema de componentes en segundo lugar”, añade. “Aislar las consideraciones de diseño a los componentes individuales puede hacer que no se llegue a soluciones significativas”. Cita, como ejemplo, que la modificación de la hélice para reducir el ruido puede requerir potencia y consumo de combustible adicionales, lo que significa que debe revisarse desde una perspectiva de sistemas.

Objetivo en movimiento

Los arquitectos navales también continúan aprendiendo y perfeccionando diseños y enfoques en respuesta a los desafíos regulatorios.

“El entorno regulatorio dinámico es un hecho simple de la arquitectura naval, pero debido a la gran cantidad de nuevos combustibles y tecnologías que están surgiendo, los cambios se están produciendo a un ritmo más rápido”, dice Glosten. Señalan que en el entorno cambiante actual, puede haber consecuencias no deseadas, como cuando las regulaciones anteriores han sido objeto de un mayor escrutinio y se interpretan de manera diferente, lo que hace más difícil garantizar que los diseños funcionen a la primera.

“Hemos dedicado mucho tiempo a determinar cómo se aprobarán nuestros proyectos de descarbonización”, afirma Tim Leach, director de Glosten. “No es un camino muy trillado. Todo diseño novedoso debe pasar por el proceso de aprobación regulatoria, e incluso cuando se inicia la conversación temprano, cuando la teoría se pone en práctica y la gente tiene que dar su aprobación, las cosas pueden cambiar”.

Entre los ejemplos que destaca Glosten se encuentran los esfuerzos de diseño para desarrollar el primer buque de investigación costero híbrido de hidrógeno del mundo para el Instituto Scripps de Oceanografía. Señalan que los estudios de investigación fueron fundamentales, junto con el tiempo necesario para navegar por el entorno regulatorio relativamente inexplorado en torno al uso del hidrógeno para un buque de investigación.

De manera similar, para los San Francisco Bar Pilots, recomendaron un sistema híbrido de batería que excede los requisitos de emisiones actuales de California porque reconocieron la probabilidad de que las restricciones de emisiones de California pudieran volverse más estrictas en el futuro.

“También tratamos de que nuestros diseños sean a prueba de futuro, pensando en lo que podría venir y tomando decisiones sabiendo que ciertas regulaciones pueden volverse más estrictas”. Glosten dice que esto es difícil por razones obvias, pero fundamental para evitar que el diseño de un buque se vuelva obsoleto rápidamente.

En un desarrollo relacionado, un proyecto para desarrollar el primer remolcador propulsado por hidrógeno en los EE. UU., un diseño desarrollado por Elliott Bay, alcanzó recientemente un Acuerdo de Base de Diseño con la Guardia Costera de los EE. UU. que establece un marco para ayudar a acelerar la revisión, inspección y eventual certificación del buque.

Más por venir

La industria parece estar al borde de un gran cambio que va más allá de la forma en que se propulsan los buques. Muchos especulan sobre cómo las tecnologías emergentes, como la inteligencia artificial (IA) y la exploración temprana de operaciones autónomas, afectarán los diseños futuros.

Como ocurre con cualquier cambio importante, existen dificultades de crecimiento, afirma Glosten. “Todo lo que podemos hacer es informarnos sobre las tecnologías y las normativas emergentes, seguir perfeccionando nuestros procesos de diseño y aprender todo lo que podamos sobre nuestros clientes y sus necesidades para poder ofrecer un buque que les sirva bien y que pueda adaptarse al cambiante panorama normativo”. – MarEx

Allan Jordan es el editor asociado de la revista.