Исследователи Fraunhofer-Gesellschaft, крупнейшего европейского объединение институтов прикладных исследований, представили разработанную ими концепцию HyMethShip – экологически безопасной водородной альтернативы обычным судовым двигателям, работающим на ископаемом топливе. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
По данным Европейского агентства по окружающей среде, на морской транспорт приходится более трех процентов от общего объема выбросов углерода в Европейском Союзе. Судоходство уже много лет является одним из самых быстрорастущих источников выбросов парниковых газов. В результате судостроители и операторы по всему миру ищут экологически безопасные альтернативы обычным судовым двигателям, работающим на дизельном топливе или иных нефтепродуктах.
В этом контексте акцент все больше смещается в сторону водорода как экологически чистого источника энергии. Однако перевозка больших и тяжелых специальных резервуаров, содержащих водород под давлением, в открытом море всегда сопряжена с определенным риском.
Исследователи из Института керамических технологий и систем (IKTS) Fraunhofer совместно с партнерами разработали технологию, позволяющую избежать этих недостатков использования водорода в качестве топлива. Проект HyMethShip, финансируемый ЕС, в качестве источника водорода использует жидкий метанол.
Согласно этой концепции, судно заправляется метанолом в порту. На борту из метанола получают водород в процессе паровой конверсии и используют его как топливо для судовых двигателей. Таким образом, исчезает необходимость в большом и потенциально опасном водородном резервуаре.
Техническим центром системы является реактор. Метанол смешивают с водой, затем выпаривают с применением тепла и подают в предварительно нагретый реактор, где смесь метанола и воды преобразуется в водород и СО2.
Относительно вопросов выделения водорода и проектирования реакторов, Fraunhofer IKTS применил свой многолетний опыт: ранее его исследователи разработали керамическую мембрану, покрытую углеродом. Молекулы водорода выходят через очень тонкие поры мембраны, в то время как более крупные молекулы углекислого газа задерживаются фильтром. В этом процессе водород достигает уровня чистоты более 90 процентов. Затем он подается в двигатель внутреннего сгорания и не производит никаких выхлопных газов, вредных для климата.
Концепция HyMethShip также включает в себя два дополнительных элемента, которые оптимизируют систему. Во-первых, отработанное тепло двигателя используется для подогрева реактора, что значительно повышает общую эффективность системы. Во-вторых, оставшийся после реактора диоксид углерода возвращается в жидкое состояние и подается в пустые резервуары для метанола. Когда судно прибывает в порт, CO2 откачивается и затем может использоваться для последующего синтеза метанола.
«Метанол – идеальный носитель водорода для морских перевозок. Его энергетическая плотность в два раза выше, чем у жидкого водорода, поэтому бортовые резервуары для метанола займут вдвое меньше места. Его также можно безопасно транспортировать: даже если резервуар протечет, это не представит серьезного риска для окружающей среды», – отметил д-р Бенджамин Ягер, эксперт IKTS.
Во время разработки одной из технических задач было увеличение размера керамических мембран до масштабов, необходимых для судовых двигателей. Исследователям удалось увеличить длину мембраны со 105 мм до 500 мм, что позволило увеличить мощность двигателя до 1 МВт. Среднесрочной целью IKTS является разработка двигательных установок мощностью 20 МВт и выше.
Силовая установка с нулевым уровнем выбросов представляется идеальным решением для паромов, курсирующих по фиксированным маршрутам между двумя портами, где в каждом порту есть собственная заправочная станция метанола. Однако эта технология также может стать привлекательным будущим для крупных контейнеровозов и круизных лайнеров.
Тем боле, что отрасль начинает подвергаться растущему политическому давлению в контексте глобального энергетического перехода на возобновляемые ресурсы. В 2020 году Европейский парламент призвал судоходные компании значительно сократить свои выбросы. Благодаря водородной двигательной установке с нулевым уровнем выбросов проект HyMethShip может внести важный вклад в этом отношении.