IMO 2020: Το μέλλον του υδρογόνου στη ναυτιλία

Από τον Joseph DiRenzo, PE17 Ιουλίου 2019

Τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου για να ικανοποιήσει τις μελλοντικές απαιτήσεις του ΙΜΟ
Με τη συνεχή ώθηση της ναυτιλιακής κοινότητας να μειώσει τις εκπομπές των πλοίων ώστε να ικανοποιηθούν οι κανονισμοί του IMO MARPOL του παραρτήματος VI και να περιοριστεί η περιεκτικότητα σε θείο των πλοίων από την 1η Ιανουαρίου 2020 σε 0,5% παγκοσμίως, πολλοί πλοιοκτήτες αρχίζουν να θεωρούν τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου εξελισσόμενους κανονισμούς για τις εκπομπές. Μέχρι σήμερα, εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια έχουν δαπανηθεί για ερευνητικά προγράμματα για τη χρήση κυψελών καυσίμου υδρογόνου για μεταφορά. Πολλές ναυτικές δυνάμεις, όπως η Ευρωπαϊκή Ένωση, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία έχουν ξεκινήσει πιλοτικά προγράμματα για να αξιολογήσουν τη σκοπιμότητα του ναυτικού υδρογόνου για τη μείωση των εκπομπών, διατηρώντας παράλληλα το κόστος με την παραδοσιακή τεχνολογία πρόωσης.

Μια κορυφαία φωνή στον τομέα είναι ο Δρ, Joseph Pratt, Διευθύνων Σύμβουλος και Διευθυντής του Golden Gate Zero Emission Marine (GGZM), ο οποίος είναι διεθνώς αναγνωρισμένος εμπειρογνώμονας για το θαλάσσιο υδρογόνο. Η GGZM είναι μια από τις πολλές εταιρείες που πραγματοποιούν τη μετάβαση από τη μελέτη σκοπιμότητας σε κατασκευή και λειτουργία πλοίων.

Πρώτο εμπορικό σκάφος καυσίμου υδρογόνου στη Βόρεια Αμερική
Μετά την ολοκλήρωση της τελετής τοποθέτησης καρίνας για το γύρο Water-Go τον Νοέμβριο του περασμένου έτους και την αναμενόμενη εκτόξευση τον Σεπτέμβριο του τρέχοντος έτους, η GGZM βρίσκεται σε καλό δρόμο για να γίνει το πρώτο εμπορικό σκάφος κυψελών καυσίμου υδρογόνου στη Βόρεια Αμερική. Το Water-Go-Round θα είναι ένα καταμαράν 70 ποδών που κατασκευάστηκε από την Bay Ship & Yacht Co., ικανή να μεταφέρει έως και 84 επιβάτες στην περιοχή του κόλπου.

Ομάδα GGZM στην τελετή τοποθέτησης καρίνας Water-Go-Round. Από αριστερά προς τα δεξιά στην εικόνα: Captain Joe Burgard, συνιδρυτής). John Motlow, VP Μάρκετινγκ και Στρατηγική? Charlie Walther; Tyler Foster; Ρόου Νταουγιαντάκ-Ραπαγκνάνι; Thomas Escher, συνιδρυτής). και ο Dan Johnson. Φωτογραφική πίστωση GGZM.

Σύμφωνα με τον Δρ. Pratt, όταν ξεκινήσει το σκάφος θα λειτουργήσει στον κόλπο του Σαν Φρανσίσκο για τρεις μήνες, ενώ η Sandia National Laboratories, ένα εθνικό εργαστήριο στην πρωτοπορία της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου υδρογόνου, διεξάγει δοκιμές επιδόσεων στο σκάφος και συγκεντρώνει δεδομένα. Το σκάφος θα φέρει μια σειρά δεξαμενών έως και 242 κιλών συμπιεσμένου υδρογόνου στα 250 bar (περίπου 3600 psi), που θα παρέχει αρκετό καύσιμο για έως και 2 ολόκληρες ημέρες λειτουργίας. Το Water-Go-Round θα προωθηθεί από δύο κινητήρες άξονα 300 kW (400 ίππων) με μπαταρία 100 κιλοβατώρες για ταχύτητες μέχρι 22 κόμβους.

Ορισμένες από τις αρχικές χρηματοδοτήσεις για το έργο Water-Go-Round προέρχονται από την California Climate Investments, η οποία είναι ένα ανώτατο και εμπορικό πρόγραμμα με στόχο τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην πολιτεία της Καλιφόρνιας.

Ο Δρ. Pratt σχολίασε ότι η επιτυχημένη έναρξη της επιχείρησής του και η κατασκευή του Water-Go-Round "έγιναν εδώ και πολύ καιρό", αναπτύσσοντας οργανικά τις συνεργασίες που ανέπτυξε κατά τη διαχείριση του SF-BREEZE και άλλων μελετών στο Sandia National Εργαστήρια.

"Η έκθεση σκοπιμότητας έδειξε ότι θα μπορούσε να γίνει, αλλά θέλαμε να το αποδείξουμε. Κατά την εξέταση της επιχειρηματικής πλευράς [της εταιρείας], είδαμε μια πραγματικά μεγάλη ζήτηση για πλοία κυψελών καυσίμου υδρογόνου ".

Μόλις ολοκληρωθεί το έργο Water-Go-Round, η GGZM θα επικεντρώσει τις προσπάθειές της στην απόκτηση διδαγμάτων από το έργο για την ανάπτυξη συστημάτων "έτοιμων προς χρήση" κυψελών καυσίμου υδρογόνου τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή νέων πλοίων και αναδρομικά σε όλο τον κόσμο .

Δρ Joseph Pratt, Διευθύνων Σύμβουλος / ΚΟΤ του GGZM. Φωτογραφική πιστωτική κάρτα GGZM "Το κοτόπουλο έρχεται πρώτο"
Μία από τις συχνά αναφερόμενες προκλήσεις είναι το δίλημμα "κοτόπουλο και αυγό" όταν εισέρχεται στην ναυτιλιακή αγορά μια τεχνολογία διατάραξης της πρόωσης. Οι επικριτές θα ισχυρίζονται ότι οι πλοιοκτήτες είναι απρόθυμοι να αναπτύξουν νέα τεχνολογία στην κατασκευή νέων πλοίων, όπως τα κυψέλες καυσίμου υδρογόνου, μέχρι να εγκατασταθεί η λιμενική υποδομή. Επίσης, θα υποστηρίξουν ότι η λιμενική υποδομή δεν θα αναπτυχθεί έως ότου υπάρξει έντονη ζήτηση από τους ιδιοκτήτες πλοίων για δημιουργία δίλημμα "κοτόπουλο και αυγό".

Για τον Δρ Pratt, η απάντηση είναι ότι "το κοτόπουλο πρέπει να έρθει πρώτο ... το κοτόπουλο είναι η απόδειξη".

Σημειώνοντας ότι οι ΗΠΑ παράγουν περισσότερα από 10 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου ετησίως (Dr. DOE), ο Δρ Pratt πιστεύει ότι τα απαραίτητα συστατικά για την ταχεία επέκταση της θαλάσσιας τεχνολογίας κυψελών καυσίμου υδρογόνου υπάρχουν ήδη σε πολλές βιομηχανικές χώρες σε όλο τον κόσμο.

Κλήτησε ότι αντί να παράγει έναν ατελείωτο αριθμό μελετών σκοπιμότητας, ήταν απαραίτητο να «πάρουν τα σκάφη στο νερό» για να αποδείξουν στη διεθνή ναυτιλιακή κοινότητα ότι η τεχνολογία υδρογόνου θα μπορούσε να είναι οικονομικά εφικτή.

Ο Δρ. Pratt υποστηρίζει ότι ο μεγαλύτερος παράγοντας για τον προσδιορισμό των τμημάτων του κόσμου που θα υιοθετήσουν αυτή την τεχνολογία είναι «αν οι πλοιοκτήτες μπορούν να πάρουν υδρογόνο». Προς το παρόν, όλες οι χώρες σε όλο τον κόσμο δεν έχουν εύκολη πρόσβαση στο υδρογόνο. Επιπλέον, η πλειονότητα των σκαφών θα απαιτήσει υγρό υδρογόνο με βάση την απαιτούμενη αντοχή τους, αφού το υγρό υδρογόνο έχει σημαντικά υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας από το συμπιεσμένο αέριο υδρογόνο. Λόγω του ώριμου δικτύου προμηθευτών υδρογόνου στη Βόρεια Αμερική, ο Δρ Pratt πιστεύει ότι η Βόρεια Αμερική θα συνεχίσει να είναι μια ισχυρή αγορά για αυτό το είδος ναυτικής τεχνολογίας.
3D απόδοση του Water-Go-Round. Φωτογραφικό δάνειο Incat Crowther Από πού προέρχεται το υδρογόνο;
Μια σημαντική διάκριση όταν συζητείται το δυναμικό μείωσης των εκπομπών της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι ο τρόπος παραγωγής του υδρογόνου. Μέθοδοι όπως αναμόρφωση ατμού-μεθανίου και μερική οξείδωση παράγουν υδρογόνο με τη χρήση μεθανίου ως πρώτη ύλη, γενικά από φυσικό αέριο. Σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE), η αναμόρφωση με ατμό και μερική οξείδωση παράγει υδρογόνο συνδυάζοντας ατμό υψηλής θερμοκρασίας (700 έως 1000 ° C) με μεθάνιο παρουσία καταλύτη. Μια έκθεση του DNV GL με τίτλο Αξιολόγηση επιλεγμένων εναλλακτικών καυσίμων και τεχνολογιών επισημαίνει ότι το υδρογόνο που παράγεται με αυτόν τον τρόπο έχει μια ισοδύναμη εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα σε δεξαμενή ίση με 90 γραμμάρια ανά Mega Joule (MJ) η οποία είναι περισσότερο από ό, τι τόσο HFO όσο και MGO. Κατά τη σύνταξη αυτού του άρθρου, η πλειοψηφία του υδρογόνου στον κόσμο παράγεται χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους.
Μια άλλη μέθοδος που κερδίζει την προσοχή είναι η χρήση της ηλεκτρόλυσης για την παραγωγή υδρογόνου. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ηλεκτρόλυσης, ο ηλεκτρισμός χρησιμοποιείται για να διαχωρίσει το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο.

Αυτό επιτυγχάνεται με έναν αριθμό διαφορετικών ηλεκτρολυτών, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρολυτών μεμβράνης πολυμερούς ηλεκτρολύτη (PEM), αλκαλικών και στερεών οξειδίων, οι οποίοι ποικίλλουν στο υλικό, τη θερμοκρασία παραγωγής και τον τρόπο με τον οποίο συμβαίνουν οι αντιδράσεις μέσα στη διαδικασία. Η ηλεκτρόλυση θεωρείται "πράσινη" όταν η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία του εξοπλισμού προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική, η ηλιακή, η πυρηνική ή το βιοαέριο.
Παρόλο που το έργο Water-Go-Round παραμένει αναποφάσιστο στον προμηθευτή υδρογόνου και στη σχετική μέθοδο παραγωγής υδρογόνου, ο Dr. Pratt πιστεύει ότι η υιοθέτηση του 100% ανανεώσιμου υδρογόνου "θα χρειαστεί να συμβεί με βήματα". Προκειμένου να αποκτήσει ευρεία υιοθεσία, πιστεύει ότι "η λύση πρέπει να είναι οικονομικά βιώσιμη ... πρέπει να είναι καθοδηγούμενη από την αγορά και να μην υποστηρίζεται από κυβερνητικές πρωτοβουλίες χρηματοδότησης. Επί του παρόντος, το ανανεώσιμο υδρογόνο είναι ακριβότερο από το συμβατικό υδρογόνο ".

"Ενώ το ανανεώσιμο υδρογόνο είναι ο στόχος, δεν παρέχει σήμερα μια οικονομικά βιώσιμη λύση". Η τρέχουσα στρατηγική του Dr. Pratt "είναι να ξεκινήσει με το σκάφος και το συμβατικό υδρογόνο, το οποίο μπορεί να είναι οικονομικά βιώσιμο, στη συνέχεια μετάβαση σε υψηλότερο ανανεώσιμο περιεχόμενο, καθώς αυτό επιτυγχάνει ένα επίπεδο κόστους που το καθιστά βιώσιμο επίσης. Αν προσπαθήσουμε να κάνουμε και τα δύο σήμερα, το συνολικό αποτέλεσμα μπορεί να είναι καθυστέρηση στην αποδοχή της τεχνολογίας γενικά ".

Μπορεί το υδρογόνο να είναι οικονομικό;
Κατά τη συζήτηση της οικονομικής σκοπιμότητας της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου υδρογόνου στο πλαίσιο του έργου Water-Go-Round, ο Dr. Pratt επισημαίνει ότι «η βασική πρόταση για τα καύσιμα κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι η συνολική μείωση του κόστους για το σκάφος. Οι ιδιοκτήτες των σκαφών δεν θα χρειαστεί ποτέ να ξανακάνουν μια πλήρη «επανενεργοποίηση». Πρώτα πηγαίνετε από μηχανικό κινητήρα με εκατοντάδες κινούμενα μέρη στο σύστημα στερεάς κατάστασης μιας κυψέλης καυσίμου. Δεύτερον, στο τέλος της ζωής δεν χρειάζεται να ανταλλάξετε μηχανές. μάλλον θα πρέπει να αντικαταστήσετε ξεχωριστά στοιχεία καυσίμου μόλις ξεπεράσουν τον κύκλο ζωής τους. Συνολικά, αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της συντήρησης και τη μείωση του χρόνου αναμονής "που θα μειώσει τελικά τις συνολικές λειτουργίες και το κόστος συντήρησης του σκάφους.

Ο Δρ. Pratt σημείωσε επίσης ότι μια πρόταση δευτερεύουσας αξίας για τη μετάβαση σε ένα σύστημα κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι ότι το σκάφος είναι πολύ πιο ήσυχο από τους συγκρίσιμους κινητήρες ντίζελ και δεν έχει ρύπανση επί του σκάφους. Αυτό ανοίγει πολλές δυνατότητες, για παράδειγμα οι πλοιοκτήτες μπορούν να αναλάβουν μη παραδοσιακούς χάρτες για επιβατηγά πλοία όπως "συνεργασίες" και "εκδρομές φύσης" λόγω του μειωμένου θορύβου και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Το μέλλον
Με το έργο Water-Go-Round κοντά στο πρώτο ταξίδι του και σε άλλα έργα όπως το έργο HYSEAS III στο Ηνωμένο Βασίλειο ή το έργο HYBRIDskip στη Νορβηγία σε διάφορα στάδια εκτέλεσης, είναι σαφές ότι η ναυτική τεχνολογία υδρογόνου προχωρά γρήγορα δημιουργίας σε παγκόσμια κλίμακα. Παρόμοια με την κύρια αποδοχή του υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) ως καυσίμου πλοίων, το υδρογόνο πιθανότατα θα επιτύχει παρόμοια ευρεία υιοθέτηση. Ο Δρ. Pratt υποστηρίζει ότι τα πλοία κυψελών καυσίμου υδρογόνου αρχικά θα συγκεντρωθούν σε περιοχές με αυστηρότερους ελέγχους εκπομπών, όπως η περιοχή ελέγχου των εκπομπών που καθορίζεται στο παράρτημα VI της σύμβασης MARPOL, μεταξύ σκαφών με σταθερή διαδρομή, όπως πορθμεία, ρυμουλκά και παράκτιους εμπόρους. Καθώς η παραγωγή υδρογόνου εξαπλώνεται σε όλο τον κόσμο, μεγαλύτερα σκάφη με πιο μεταβλητές διαδρομές, όπως τα πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, μπορούν να αρχίσουν να υιοθετούν αυτήν την τεχνολογία Σημειώνοντας την οικονομία κλίμακας ενός πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, ο Δρ Pratt σημειώνει γρήγορα ότι "ένα πλοίο μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων θα μπορούσε να δικαιολογήσει μια νέα εγκατάσταση παραγωγής υδρογόνου" σε ένα λιμάνι που υποδηλώνει ότι η υιοθέτηση αυτής της τεχνολογίας σε παγκόσμιο επίπεδο μπορεί να είναι μόνο στον ορίζοντα.

Σχετικά με τον Συγγραφέα

Ο Joseph DiRenzo είναι τεχνικός διευθυντής έργου και επαγγελματίας μηχανικός με σχεδόν 10 χρόνια ναυτικής εμπειρίας στην ακτοφυλακή των ΗΠΑ. Η τελευταία του περιοδεία πραγματοποιήθηκε στο Κέντρο Έρευνας και Ανάπτυξης του Ακτοφυλακίου στο New London, CT όπου, μεταξύ άλλων έργων, διεξήγαγε μελέτη σκοπιμότητας σχετικά με τη χρήση του Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (LNG) για το νέο στόλο της Inland River Tenders. Με έντονο ενδιαφέρον για την ανανεώσιμη ναυτιλιακή τεχνολογία, έλαβε υποτροφία Fulbright το 2012 για να μελετήσει τη ναυτιλιακή τεχνολογία φυσικού αερίου στο Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας στο Trondheim της Νορβηγίας. Έχει γράψει πολλά άρθρα σε εμπορικές εκδόσεις και επιστημονικά περιοδικά σχετικά με τη χρήση ΥΦΑ στον ναυτιλιακό τομέα. Κατά τη διάρκεια της καριέρας του Ακτοφυλακής, υπηρέτησε σε δύο διαφορετικά σκάφη, συμπεριλαμβανομένης μιας περιήγησης στο κεφάλι του τμήματος ως Λειτουργός Λειτουργίας, διεξάγοντας πλήθος θαλάσσιων αποστολών και στις δύο ακτές των Ηνωμένων Πολιτειών.

Κατηγορίες: Καύσιμα & Λιπαντικά, Ναυπηγική, Πλοία, Πλοία, Τεχνολογία, Υβριδικοί Δίσκοι