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氢将成为海洋运输领域颠覆性应用

近期,DNV GL、斯克里普斯海洋研究所、海军建筑师事务所Glosten和桑迪亚国家实验室已建立合作,以评估氢燃料电池沿海考察船的技术法规和经济可行性。

由于燃料成本、设备维修、污染以及处理燃料类型排放污染物(废气或污油)等造成的综合成本增加,以及减少有害温室气体减排的压力,航运公司们正在寻找更环保的替代品和环保型燃料,如液化石油气(液化石油气),液化天然气(LNG),乙醇或氢气等,以减少对化石燃料的依赖。

通过可再生能源获得氢解决方案的过程

过去5年,全球在清洁能源领域的新增投资额增长了2倍,这表明全世界都在积极寻找新的清洁可再生能源,比如氢。

氢既可以用在燃料电池中,也可以直接在内燃机中燃烧释放能量。而高质量的氢气(100%氢气)可以通过电解水技术,即将水电化学转化为氢气和氧气的方式获取。

氢将成为海洋运输领域颠覆性应用

然而在过去的几十年中,不断增长的电价已经阻碍或推迟了电解氢的生产。

但随着基于光伏发电或风力涡轮机等可再生能源的能源容量增长,上述困境即将发生转变。这种背景下,电解氢不仅可以通过可再生能源获取,同时还可以起到能量载体的作用,能够被用作储能介质,克服以往可再生能源具有显著间歇性的劣势。

具体到海洋运输领域,我们可以得到这样一套生产和储存氢气的可行性方案:

▲ 水净化:通过砂滤器,对海水进行处理/净化除去盐和离子;

▲ 电解:利用海上风能为涡轮机提供能量,为电解提供必要电力;

▲ 压缩和储存:产出的氢气需要在高压值(700 bar)下压缩以降低实际体积,并储存于模块底座罐中用作燃料。

在这一套方案中,需要注意的安全问题是氢气在容器内的使用和储存。

而燃料电池和柴油发电机效率显示,在额定负载超过5%的情况下,氢燃料电池的效率远高于柴油发电机。

另一套更成熟的方法是为质子交换膜(PEM)燃料电池提供资源。

现阶段,PEM燃料电池技术已成功应用于船舶和其他工业应用。该操作需要纯氢,且操作温度较低,当前这些模块的功率高达120kW,物理尺寸较小,是一种积极的运输应用。与柴油发电机在海事应用上的数据相比,PEM氢燃料电池在超过5%额定负荷的情况下具有更高的效率和更好的性能。

但用于船舶推进的氢动力燃料电池仍处于早期设计/试验阶段,适宜较小的客船、渡轮或游艇,不过结合当前氢所展示出的潜力,人们相信在不久的将来,氢燃料电池有望运用于大型商船。

此外,由于清洁和密度小的特性,氢不可能在水中产生污染性的氢气泄漏,对空气和水域产恒影响,更不会因为噪音问题,对海洋生态系统造成破坏。

事实上,部分国家和企业已经率先行动了起来。例如挪威气候与环境部长Ola Elvestuen在GCAS在航运活动中表示,挪威计划通过使用氢气和自主航运尽快实现零排放,走上海洋运输脱碳,这一计划甚至走在国际海事组织关于温室气体初步战略的前面。

应用案例

近期越过里斯本塔霍河双体船Energy Observer和来自比例时的Hydroville也为氢在海洋运输领域的成功运用提供了有力依据。

Energy Observer是一只纯氢动力船只,配备了太阳能电池板、风力发电机和氢燃料箱,其所需氢能源主要来自海水电解。

Hydroville是经过认证的第一艘使用氢气为柴油发动机提供动力的乘用客船,主要负责高峰时段从克雷贝克运到安特卫普的运输任务,避免交通拥堵。

已经过测试的原型和容器和上文提到的种种事实都在不断证明,氢作为传统燃料替代品在海事领域的应用,将会成为颠覆性技术,在不远的将来产生重大影响。

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