氫將成為海洋運(yùn)輸領(lǐng)域顛覆性應(yīng)用
近期,DNV GL、斯克里普斯海洋研究所、海軍建筑師事務(wù)所Glosten和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已建立合作,以評(píng)估氫燃料電池沿?疾齑募夹g(shù)法規(guī)和經(jīng)濟(jì)可行性。
由于燃料成本、設(shè)備維修、污染以及處理燃料類型排放污染物(廢氣或污油)等造成的綜合成本增加,以及減少有害溫室氣體減排的壓力,航運(yùn)公司們正在尋找更環(huán)保的替代品和環(huán)保型燃料,如液化石油氣(液化石油氣),液化天然氣(LNG),乙醇或氫氣等,以減少對(duì)化石燃料的依賴。
通過(guò)可再生能源獲得氫解決方案的過(guò)程
過(guò)去5年,全球在清潔能源領(lǐng)域的新增投資額增長(zhǎng)了2倍,這表明全世界都在積極尋找新的清潔可再生能源,比如氫。
氫既可以用在燃料電池中,也可以直接在內(nèi)燃機(jī)中燃燒釋放能量。而高質(zhì)量的氫氣(100%氫氣)可以通過(guò)電解水技術(shù),即將水電化學(xué)轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣的方式獲取。
然而在過(guò)去的幾十年中,不斷增長(zhǎng)的電價(jià)已經(jīng)阻礙或推遲了電解氫的生產(chǎn)。
但隨著基于光伏發(fā)電或風(fēng)力渦輪機(jī)等可再生能源的能源容量增長(zhǎng),上述困境即將發(fā)生轉(zhuǎn)變。這種背景下,電解氫不僅可以通過(guò)可再生能源獲取,同時(shí)還可以起到能量載體的作用,能夠被用作儲(chǔ)能介質(zhì),克服以往可再生能源具有顯著間歇性的劣勢(shì)。
具體到海洋運(yùn)輸領(lǐng)域,我們可以得到這樣一套生產(chǎn)和儲(chǔ)存氫氣的可行性方案:
▲ 水凈化:通過(guò)砂濾器,對(duì)海水進(jìn)行處理/凈化除去鹽和離子;
▲ 電解:利用海上風(fēng)能為渦輪機(jī)提供能量,為電解提供必要電力;
▲ 壓縮和儲(chǔ)存:產(chǎn)出的氫氣需要在高壓值(700 bar)下壓縮以降低實(shí)際體積,并儲(chǔ)存于模塊底座罐中用作燃料。
在這一套方案中,需要注意的安全問(wèn)題是氫氣在容器內(nèi)的使用和儲(chǔ)存。
而燃料電池和柴油發(fā)電機(jī)效率顯示,在額定負(fù)載超過(guò)5%的情況下,氫燃料電池的效率遠(yuǎn)高于柴油發(fā)電機(jī)。
另一套更成熟的方法是為質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池提供資源。
現(xiàn)階段,PEM燃料電池技術(shù)已成功應(yīng)用于船舶和其他工業(yè)應(yīng)用。該操作需要純氫,且操作溫度較低,當(dāng)前這些模塊的功率高達(dá)120kW,物理尺寸較小,是一種積極的運(yùn)輸應(yīng)用。與柴油發(fā)電機(jī)在海事應(yīng)用上的數(shù)據(jù)相比,PEM氫燃料電池在超過(guò)5%額定負(fù)荷的情況下具有更高的效率和更好的性能。
但用于船舶推進(jìn)的氫動(dòng)力燃料電池仍處于早期設(shè)計(jì)/試驗(yàn)階段,適宜較小的客船、渡輪或游艇,不過(guò)結(jié)合當(dāng)前氫所展示出的潛力,人們相信在不久的將來(lái),氫燃料電池有望運(yùn)用于大型商船。
此外,由于清潔和密度小的特性,氫不可能在水中產(chǎn)生污染性的氫氣泄漏,對(duì)空氣和水域產(chǎn)恒影響,更不會(huì)因?yàn)樵胍魡?wèn)題,對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。
事實(shí)上,部分國(guó)家和企業(yè)已經(jīng)率先行動(dòng)了起來(lái)。例如挪威氣候與環(huán)境部長(zhǎng)Ola Elvestuen在GCAS在航運(yùn)活動(dòng)中表示,挪威計(jì)劃通過(guò)使用氫氣和自主航運(yùn)盡快實(shí)現(xiàn)零排放,走上海洋運(yùn)輸脫碳,這一計(jì)劃甚至走在國(guó)際海事組織關(guān)于溫室氣體初步戰(zhàn)略的前面。
應(yīng)用案例
近期越過(guò)里斯本塔霍河雙體船Energy Observer和來(lái)自比例時(shí)的Hydroville也為氫在海洋運(yùn)輸領(lǐng)域的成功運(yùn)用提供了有力依據(jù)。
Energy Observer是一只純氫動(dòng)力船只,配備了太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和氫燃料箱,其所需氫能源主要來(lái)自海水電解。
Hydroville是經(jīng)過(guò)認(rèn)證的第一艘使用氫氣為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的乘用客船,主要負(fù)責(zé)高峰時(shí)段從克雷貝克運(yùn)到安特衛(wèi)普的運(yùn)輸任務(wù),避免交通擁堵。
已經(jīng)過(guò)測(cè)試的原型和容器和上文提到的種種事實(shí)都在不斷證明,氫作為傳統(tǒng)燃料替代品在海事領(lǐng)域的應(yīng)用,將會(huì)成為顛覆性技術(shù),在不遠(yuǎn)的將來(lái)產(chǎn)生重大影響。
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