Πράσινο υδρογόνο στην ποντοπόρο ναυτιλία;

Καθώς ο κόσμος αγωνίζεται να νικήσει τον κορονοϊό και να ξεπεράσει τις καταστροφικές οικονομικές επιπτώσεις της πανδημίας, υπήρξαν συχνές εκκλήσεις για περιβαλλοντικά βιώσιμη οικονομική ανάκαμψη και καμία επιστροφή στο status quo a priori. Θα μπορούσε το πράσινο υδρογόνο και η τεχνολογία κυψελών καυσίμου να ωθήσουν την ποντοπόρο ναυτιλία σε ένα βιώσιμο, οικονομικά βιώσιμο μέλλον;

Πράσινο υδρογόνο

Όσο υπάρχει η γη μας, το νερό, ο άνεμος και το φως του ήλιου θα είναι άφθονα διαθέσιμα. Αυτοί είναι οι μόνοι πόροι που απαιτούνται για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου μέσω της τεχνολογίας ηλεκτρόλυσης νερού. Αυτή η διαδικασία διασπά το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Και αν η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την ηλεκτρολυτική κυψέλη είναι από ανανεώσιμες πηγές, το υδρογόνο είναι πραγματικά πράσινο. Ως φορέας ενέργειας, το πράσινο υδρογόνο που παράγεται, για παράδειγμα, μέσω της μεγάλης κλίμακας τεχνολογίας ηλεκτρόλυσης νερού της thyssenkrupp, είναι εγκεκριμένο πρωτογενές απόθεμα ελέγχου στη Γερμανία. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι οι μονάδες ηλεκτρόλυσης μπορούν να λειτουργήσουν ως αποθέματα ασφαλείας μεγάλης κλίμακας για να αντισταθμίσουν τις βραχυπρόθεσμες διακυμάνσεις στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές. Ωστόσο, το πράσινο υδρογόνο δεν είναι μόνο ένας φορέας καθαρής ενέργειας αλλά και ένα καύσιμο για ένα βιώσιμο μέλλον στη ναυτιλία, καθώς το υδρογόνο μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια σε μια κυψέλη καυσίμου.

Τεχνολογία κυψελών καυσίμου

Σε μια κυψέλη καυσίμου, το υδρογόνο και το οξυγόνο συνδυάζονται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερμότητας και νερού μέσω ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Μια τυπική κυψέλη καυσίμου λειτουργεί περνώντας υδρογόνο μέσω της ανόδου μιας κυψέλης καυσίμου και οξυγόνο μέσω της καθόδου. Ένας καταλύτης διασπά τα μόρια υδρογόνου σε ηλεκτρόνια και πρωτόνια στην άνοδο. Τα πρωτόνια περνούν μέσα από την πορώδη μεμβράνη ηλεκτρολυτών, ενώ τα ηλεκτρόνια εξαναγκάζονται μέσω ενός κυκλώματος, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα και υπερβολική θερμότητα. Στην κάθοδο, τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια και το οξυγόνο συνδυάζονται για να παράγουν μόρια νερού. Καθώς δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη, τα συστήματα κυψελών καυσίμου είναι καθαρά και αθόρυβα. Η τεχνολογία έχει προχωρήσει πολύ από τότε που ο William Grove εφηύρε την πρώτη κυψέλη καυσίμου το 1838 και είναι τώρα ένα αποτελεσματικό, αξιόπιστο μέσο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Μια μεμονωμένη κυψέλη καυσίμου παράγει μόνο περίπου 1,2 βολτ – όχι πολύ περισσότερο από μια μικρή μπαταρία φακού. Αλλά οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο για τη δημιουργία υψηλότερων τάσεων. Μια στοίβα κυψελών καυσίμου αποτελούμενη από περίπου 4.000 μεμονωμένες κυψέλες θα παρέχουν 80 KW κίνησης. Ωστόσο, παρά την τεχνικές προκλήσεις της κλιμάκωσης της τεχνολογίας, οι κυψέλες καυσίμου έχουν μεγάλη πρόωση δυνατότητες για πλοία και σκάφη, καθώς είναι μια ενέργεια χωρίς εκπομπές πηγή - ένα βασικό πλεονέκτημα για την ποντοπόρο ναυτιλία. Ως το συνήθως χρησιμοποιούμενο 3,5% θείο πετρέλαιο και ακόμη και μαζούτ πολύ χαμηλής περιεκτικότητας σε θείο (0,5% VLSFO) δύσκολα μπορούν να περιγράφονται ως φιλικά προς το περιβάλλον συστήματα μετάδοσης κίνησης κυψελών καυσίμου που τροφοδοτούνται από πράσινο υδρογόνο θα ήταν ένας τρόπος για να βελτιωθεί σημαντικά το περιβάλλον της ναυτιλίας ίχνος.

Πρωτοποριακή πιλότος

Η Γερμανία είναι μία από τις χώρες όπου η τεχνολογία πράσινου υδρογόνου έχει προχωρήσει περισσότερο. Δεν είναι μόνο ότι η thyssenkrupp είναι ο Νο 1 προμηθευτής παγκοσμίως εγκαταστάσεων και εξοπλισμού ηλεκτρόλυσης νερού παγκόσμιας κλίμακας που βασίζεται στην ιδιόκτητη προηγμένη τεχνολογία ηλεκτρόλυσης νερού. Στο Laage κοντά στο Rostock, ένα από τα κύρια λιμάνια της Βαλτικής Θάλασσας, ξεκίνησε πρόσφατα ένα πιλοτικό πρόγραμμα για ένα εργοστάσιο που τελικά θα παράγει 300 μετρικούς τόνους πράσινου υδρογόνου ετησίως μέσω τεχνολογίας ηλεκτρόλυσης νερού. Ο φορέας εκμετάλλευσης ισχυρίζεται ότι θα είναι το μεγαλύτερο εργοστάσιο του είδους του στην Ευρώπη.

Έργο αιολικής ενέργειας-υδρογόνου

Τα υπεράκτια αιολικά πάρκα είναι μια προφανής πηγή πράσινης ενέργειας και ένα μεγάλης κλίμακας έργο αιολικής ενέργειας σε υδρογόνο στην θυελλώδη βορειοδυτική ακτογραμμή της Γερμανίας, Westküste 100, μόλις έλαβε την απαιτούμενη χρηματοδότηση από το Υπουργείο Οικονομικών Υποθέσεων και Ενέργειας της Γερμανίας. Το έργο Westküste 100 στοχεύει στην έρευνα και την ανάπτυξη μιας διαδικασίας για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου από υπεράκτια αιολική ενέργεια και την αξιοποίηση της προκύπτουσας απορριπτόμενης θερμότητας και οξυγόνου. «Το έργο είναι μοναδικό επειδή χρησιμοποιεί υπεράκτια αιολική ενέργεια για παραγωγή υδρογόνου μεγάλης κλίμακας. Μόνο η υπεράκτια αιολική ενέργεια μπορεί να προσφέρει μια τόσο αξιόπιστη ανανεώσιμη πηγή πράσινης ενέργειας για ηλεκτρόλυση», λέει ο Volker Malmen, ο οποίος διαχειρίζεται τις γερμανικές δραστηριότητες της Ørsted, του παγκόσμιου ηγέτη στην υπεράκτια αιολική ενέργεια και της κινητήριας δύναμης πίσω από αυτό το έργο.

Κυψέλες καυσίμου σε πλοία

Τον Οκτώβριο του 2019, η Meyer Werft, ένα από τα κορυφαία ναυπηγεία κρουαζιερόπλοιων στον κόσμο, ανακοίνωσε ότι το κρουαζιερόπλοιο AIDAnova που κινείται με LNG θα δοκιμάσει την τεχνολογία κυψελών καυσίμου ως σύστημα πρόωσης το 2021. Αυτό αποτελεί μέρος του ερευνητικού έργου Pa-X-ell2 στο οποίο οκτώ εταίροι συνεργάζονται για την ανάπτυξη ενός αποκεντρωμένου ενεργειακού δικτύου και ενός υβριδικού ενεργειακού συστήματος με μια νέα γενιά κυψελών καυσίμου κατάλληλη για ανάπτυξη σε ποντοπόρα επιβατηγά πλοία. Ωστόσο, όπως τόσα πολλά σχέδια επί του παρόντος, ο οικονομικός αντίκτυπος της κρίσης του κορωνοϊού στη ναυτιλία κρουαζιέρας και στα ναυπηγεία όπως η Meyer Werft έχει αφήσει ένα ερωτηματικό πίσω από το χρονοδιάγραμμα αυτού του πιλοτικού προγράμματος.

Κατάλληλοι για το μέλλον

Διάφοροι τύποι υδρογονοκίνητων σκαφών λειτουργούν από το 2000. Εκτός από τα μικρά επιβατηγά πλοία όπως το πλοίο ALSTERWASSER στο Αμβούργο, το πλοίο HYDROGENESIS στο Μπρίστολ ή το NEMO H2 στο Άμστερνταμ, τα θαλάσσια ταξί όπως το DUFFY-HERRESTORFF και τα γιοτ όπως το κατάλληλα ονομαζόμενο NO. 1, το πρώτο γιοτ με κυψέλες καυσίμου, μία από τις πιο ενδιαφέρουσες εφαρμογές της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου βρίσκεται στα υποβρύχια Type 212 της Γερμανίας, το οποίο τέθηκε σε λειτουργία το 2005. Η τεχνολογία κυψελών καυσίμου HDW που εγκαταστάθηκε σε αυτά και αργότερα μοντέλα υποβρυχίων είναι τώρα ο παγκόσμιος ηγέτης στα μη πυρηνικά υποβρύχια συστήματα πρόωσης. Επιπλέον, στις αρχές του 2020 ο Μπιλ Γκέιτς αναφέρθηκε ότι παρήγγειλε το πρώτο υδρογονοκίνητο superyacht στον κόσμο. Ωστόσο, δεν έχουν κλιμακωθεί και χρησιμοποιηθεί κυψέλες καυσίμου σε μεγάλα εμπορικά πλοία.

LNG ή πράσινο υδρογόνο;

Από την άποψη της βιωσιμότητας, το LNG θεωρείται συχνά ως το σύστημα πρόωσης πλοίων του μέλλοντος. «Αλλά το φυσικό αέριο είναι μόνο μια μεταβατική τεχνολογία», λέει ο καθηγητής Gerd Hollback από το Ινστιτούτο Χερσαίων και Θαλάσσιων Μεταφορών του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Βερολίνου. Κατά την άποψή του, το μέλλον ανήκει στην τεχνολογία υδρογόνου και κυψελών καυσίμου. Η Αρχή του Λιμένα του Ρότερνταμ ήταν το πρώτο λιμάνι που εντάχθηκε στο Συμβούλιο Υδρογόνου, μια παγκόσμια ένωση εταιρειών που επιδιώκουν να τονώσουν τη χρήση υδρογόνου. Ο Allard Castelein, Διευθύνων Σύμβουλος της Αρχής του Λιμανιού του Ρότερνταμ, είναι κατηγορηματικός: «Το υδρογόνο είναι ο φορέας ενέργειας του 21ου αιώνα». Ο Benoît Potier, Διευθύνων Σύμβουλος της Air Liquide και συμπρόεδρος του Συμβουλίου Υδρογόνου, είναι εξίσου σίγουρος: «Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής, ο επιχειρηματικός τομέας και οι επενδυτές παγκοσμίως θεωρούν την ανάπτυξη υδρογόνου απαραίτητη για την ανάκαμψη από την τρέχουσα οικονομική ύφεση μετά την πανδημία».