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氫將成為海洋運輸領(lǐng)域顛覆性應(yīng)用

2018-12-10 09:20

近期，DNV GL、斯克里普斯海洋研究所、海軍建筑師事務(wù)所Glosten和桑迪亞國家實驗室已建立合作，以評估氫燃料電池沿海考察船的技術(shù)法規(guī)和經(jīng)濟可行性。

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，以減少對化石燃料的依賴。

通過可再生能源獲得氫解決方案的過程

過去5年，全球在清潔能源領(lǐng)域的新增投資額增長了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)燃機中燃燒釋放能量。而高質(zhì)量的氫氣（100％氫氣）可以通過電解水技術(shù)，即將水電化學(xué)轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣的方式獲取。

然而在過去的幾十年中，不斷增長的電價已經(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)力渦輪機等可再生能源的能源容量增長，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可再生能源獲取，同時還可以起到能量載體的作用，能夠被用作儲能介質(zhì)，克服以往可再生能源具有顯著間歇性的劣勢。

具體到海洋運輸領(lǐng)域，我們可以得到這樣一套生產(chǎn)和儲存氫氣的可行性方案：

▲ 水凈化：通過砂濾器，對海水進行處理／凈化除去鹽和離子；

▲ 電解：利用海上風(fēng)能為渦輪機提供能量，為電解提供必要電力；

▲ 壓縮和儲存：產(chǎn)出的氫氣需要在高壓值（700 bar）下壓縮以降低實際體積，并儲存于模塊底座罐中用作燃料。

在這一套方案中，需要注意的安全問題是氫氣在容器內(nèi)的使用和儲存。

而燃料電池和柴油發(fā)電機效率顯示，在額定負載超過5％的情況下，氫燃料電池的效率遠高于柴油發(fā)電機。

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120kW，物理尺寸較小，是一種積極的運輸應(yīng)用。與柴油發(fā)電機在海事應(yīng)用上的數(shù)據(jù)相比，PEM氫燃料電池在超過5％額定負荷的情況下具有更高的效率和更好的性能。

但用于船舶推進的氫動力燃料電池仍處于早期設(shè)計／試驗階段，適宜較小的客船、渡輪或游艇，不過結(jié)合當(dāng)前氫所展示出的潛力，人們相信在不久的將來，氫燃料電池有望運用于大型商船。

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，對空氣和水域產(chǎn)恒影響，更不會因為噪音問題，對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。

事實上，部分國家和企業(yè)已經(jīng)率先行動了起來。例如挪威氣候與環(huán)境部長Ola Elvestuen在GCAS在航運活動中表示，挪威計劃通過使用氫氣和自主航運盡快實現(xiàn)零排放，走上海洋運輸脫碳，這一計劃甚至走在國際海事組織關(guān)于溫室氣體初步戰(zhàn)略的前面。

應(yīng)用案例

近期越過里斯本塔霍河雙體船Energy Observer和來自比例時的Hydroville也為氫在海洋運輸領(lǐng)域的成功運用提供了有力依據(jù)。

Energy Observer是一只純氫動力船只，配備了太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機和氫燃料箱，其所需氫能源主要來自海水電解。

Hydroville是經(jīng)過認證的第一艘使用氫氣為柴油發(fā)動機提供動力的乘用客船，主要負責(zé)高峰時段從克雷貝克運到安特衛(wèi)普的運輸任務(wù)，避免交通擁堵。

已經(jīng)過測試的原型和容器和上文提到的種種事實都在不斷證明，氫作為傳統(tǒng)燃料替代品在海事領(lǐng)域的應(yīng)用，將會成為顛覆性技術(shù)，在不遠的將來產(chǎn)生重大影響。