Wodór może odegrać ważną rolę w rozwoju ekologicznego transportu morskiego. Na razie na drodze do dekarbonizacji transportu poszukujemy różnych rozwiązań, głównie z pieniądze z Unii Europejskiej, czyli podatników. 

Dlatego dobrze się stało, że w tą inicjatywę włączyły się również podmioty biznesowe, jako że w produkcji „czystego” wodoru wciąż mamy istotne ograniczenia.  Kierowane przez DNV konsorcjum 26 partnerów w ramach projektu  MarHySafe podjęło się zadania, by zbadać  wyzwania związane z zastosowaniem wodoru w napędach jednostek pływających. W efekcie pierwszego etapu badań powstał „Podręcznik dla statków zasilanych wodorem”.

Wodorowy podręcznik

- Żegluga stoi przed poważnymi wyzwaniami jeśli chce dostosować się do zeraemisyjność w ciągu następnych dziesięcioleci – zauważają we wstępie do „Podręcznika” Lars Alvestad, Acting Director General of Navigation and Shipping, Norwegian Maritime Authority oraz Kolbjørn Berge, Leader of the Steering Committee MarHySafe JDP, Norwegian Maritime Authority i stwierdzają, że „wodór jest jednym z nielicznych rozwiązań zeroemisyjnych o obiecującym potencjale dla żeglugi”, ze względu na  wymierne możliwości jego wykorzystania na jednostkach pokonujących większe odległości i możliwości zaspokojenia w większe ilości energii potrzebnej w transporcie morskim.

Potwierdzono znany pewnik, że wytwarzany w wyniku elektrolizy H2 (ciekły wodór) nie emituje dwutlenku węgla i może być w przyszłości powszechnie dostępny na całym świecie. Może więc zostać zastosowany jako paliwo okrętowe lub użyty jako składnik paliw syntetycznych. Autorzy podręcznika twierdzą, że „wiele osób w żegludze dostrzega potencjał wodoru”  ale bezpiecznie podkreślają, że  „bariery we wdrażaniu technologii H2 są znaczne”. Na razie zakończył się pierwszy etap badań, którego efektem jest wspomniany  podręcznik. Chodziło o wytyczenia kierunków dalszych działań by  uzyskać rozwiązania pozwalające na bezpieczną eksploatację siłowni zasilanych z ogniw paliwowych. 

Potrzebne technologie i regulacje

- Podręcznik będzie stale aktualizowany w miarę postępu i analizy wyników badań prowadzonych w ramach drugiej fazy MarHySafe – zastrzegają się jego autorzy i podkreślają, że zadaniem podręcznika jest przyczynienie się do zwiększenia skuteczności i szybkości przejścia na żeglugę ekologiczną bez uszczerbku dla bezpieczeństwa eksploatacji statków. Chodzi o to, by kumulować informacje o dotychczasowych osiągnięciach  i wspomagać transfer wiedzy.   A także  o zapewnienie informacji niezbędnych do opracowania  zasad eksploatacji statków wykorzystujących wodór lub ogniwa wodorowe.  

W projekcie mającym na celu zastosowanie ogniw paliwowych na statkach DNV uczestniczyło już 15 lat temu wraz z partnerami z Islandii, Włoch, Niemiec oraz Holandii. Jego liderem była firma ICELANDIC NEW ENERGY LTD.  Projekt  „NEW H SHIP - Assimilation of Fuel Cells in maritime applications” finansowany był przez Unię Europejską z programu CORDIS. Była to kontynuacja wcześniejszych projektów FC-SHIP oraz EURO-HYPORT. Na każdy z tych projektów UE przeznaczyła po kilkaset euro. Do żadnego nie zaproszono polskich partnerów. Natomiast zapraszano na konferencje przedstawicieli Polskiego Klastra Morskiego. 

Kilkanaście lat badań

Jakie są wnioski z kilkunastoletnich badań związanych z zastosowaniem ogniw paliwowych przez zespoły europejskie. Bowiem należy przypomnieć, że ogniwo paliwowe zostało opisane naukowo w 1839 r. w magazynie filozoficznym „Philosophical Magazine”. Chemik  Christian Friedrich Schönbein scharakteryzował zasadę działania, a William Grove zbudował pierwsze działające ogniwo paliwowe. 

Zespół projektowy działający współcześnie doszedł do kilku wniosków, które w skrócie opublikował w komunikacie: „Pięć lekcji na temat wodoru jako paliwa okrętowego”. Z przeprowadzonych badań empirycznych i eksperymentów wynika, że wciąż występują tak duże  „Luki w wiedzy” oraz  że „potrzeba więcej testów dotyczących aspektów bezpieczeństwa przeładunku, przechowywania i bunkrowania wodoru”. 

- Eksperymenty te dostarczyły ważnej wiedzy na temat zachowania LH2 [ciekłego wodoru – MG] w scenariuszach wycieków typowych statków z zamkniętymi przestrzeniami i podczas bunkrowania LH2, dając pewność co do [wyboru] środków łagodzących w projektowaniu morskich instalacji wodorowych, stwierdził  Kolbjørn Berge, szef Green Shipping Innovation oraz Nowe Technologie w Norweskim Urzędzie Morskim.

Niebezpieczny wodór

Konkretnie, w przypadku wycieku, np. podczas bunkrowania  istnieje ryzyko detonacji. A więc wszystko zależy od szczelności okrętowego systemu i sposobów eliminacji potencjalnego wycieku płynnego wodoru z instalacji znajdującej się na statku. 

- Na przykład szybkie, podobne do odrzutowca uwalnianie wodoru w dużym pomieszczeniu może nie rozpraszać się równomiernie. Takie niejednorodne uwalnianie może skutkować koncentracją H2, co zwiększa ryzyko detonacji - wyjaśnia Asmund Huser, starszy specjalista Quantitative Analysis DNV i zaznacza, że aby uniknąć wybuchu „potrzebujemy rygorystycznych środków bezpieczeństwa”. 

Dlatego przed projektantami jeszcze wiele pracy. Musza bowiem ustalić „gdzie należy zlokalizować wentylatory, szyby wentylacyjne lub czujniki”. Wydaje się, że to tylko kilka problemów stojących przed projektantami statków. Zresztą wcześniej rozwiązanych w ogniwach paliwowych zastosowanych na statkach kosmicznych. Warto więc w tym przypadku sięgnąć do technologii kosmicznych i adaptować je na statkach morskich. Oczywiście w innej skali i w innej przestrzeni.  

Wykorzystać doświadczenie

Kolejna lekcja z przeprowadzonych badań to kwestia bezpieczeństwa. Autorzy raportu ustalili, że ”unikalne właściwości wodoru sprawiają, że bardzo różni się on od gazu ziemnego”. Stwierdzono, że „ płynny wodór zapala się łatwiej niż gaz ziemny i ma szerszy zakres palności”. Mamy już doświadczenie jak użytkować ten czynnik, gdy wykorzystują go samochody, ciężarówki i inne środki transportu. Umiemy przechowywać H2 w zbiornikach na lądzie. „Nie musimy więc zaczynać od zera” – podkreślają autorzy raportu.

Chodzi więc o dostosowanie znanych rozwiązań i technologii do warunków panujących na statkach i w portach.

- Trzeba technologię przystosować do „środowiska morskiego i gwarantować zapewnienie bezpieczeństwa w użyciu w różnych warunkach środowiskowych, na mniejszych przestrzeniach [statkach] i gdy personelu nie można ewakuować tak łatwo, jak na lądzie” - zaznacza Gerd Petra Haugom, główny konsultant ds. doradztwa środowiskowego, menedżer projektów DNV i Fazy I projektu MarHySafe.

Projektowanie alternatywne

W świetle tych ustaleń podjęto decyzję, że „proces projektowania alternatywnego jest obecnie najlepszym podejściem” w rozwiązywaniu wyzwań wynikających z zastosowania H2 na statkach i w portach.

- Proces projektowania alternatywnego wymaga znacznego wysiłku ze strony projektów prowadzących rozwój technologii – stwierdza Mónica Álvarez Cardozo, starszy inżynier ds. systemów rurowych i paliw alternatywnych w DNV Maritime. - W projektach należy wykazać, w jaki sposób zarządzać trzeba będzie zagrożeniami oraz jakie będą konsekwencje wykonania projektu. 

Dlatego sugeruje się, by prowadzono „projektowanie oparte na ryzyku”. A więc w fazie projektowania należy zrezygnować ze ścisłego trzymania się reguł.

- Wodór to nowa technologia w nowym środowisku, dlatego potrzebny jest proces projektowania oparty na ryzyku, aby zapewnić bezpieczeństwo personelu, aktywów i środowiska - uzasadnia Cardozo.

Właśnie podręcznik MarHySafe szczegółowo opisuje proces projektowania alternatywnego, oferując interpretacje, które spełniają różne oczekiwania państw bandery i dostarczając wskazówek, jak najskuteczniej radzić sobie z wymaganiami.

Wodór jako paliwo

Eksperci zalecają: „jeśli to możliwe, używaj wodoru w czystej postaci”. Na tym etapie uczestnicy projektu uważają, że silniki statków mogą być zasilane wodorem „mieszając wodór z innymi paliwami lub przechowując go w ciekłym roztworze organicznym lub jako amoniak”. Ich zadaniem najbardziej ekologicznym rozwiązaniem  jest zastosowanie wodorowych ogniw paliwowych.  

Uczestnicy projektu zdają sobie jednak sprawę z niedoskonałości funkcjonujących dzisiaj rozwiązań. Dlatego wdrożenie dzisiaj znanych rozwiązań w wymiarze komercyjnym pozostaje jeszcze w fazie rozwojowej. Pojawiają się już pierwsze jednostki z zasilaniem  wodorowym i wiele firm zapowiada, że takie rozwiązania zastosuje w jednostkowych przypadkach. Ograniczenia techniczne i brak jasnych regulacji to tylko wybrane aspekty zagadnienia. Pozostaje jeszcze rentowność  przedsięwzięcia i czy naprawdę produkcja takich jednostek, ich użytkowanie, a potem recykling jest naprawdę ekologiczne.  

Polska na marginesie

Polska raczej pozostaje na marginesie głównego nurtu związanego z zastosowaniem wodoru na statkach i w portach. Francuzi budują za środki z UE statek rzeczny. Pchacz  firmy Compagnie Fluviale de Transport wyposażony zostanie w systemy ABB. UE sfinansuje również firmie Blue Line Logistics statek Zulu. Będzie to jednostka z napędem elektrycznym, wyposażona w ogniwa paliwowe. Dostawcą silników będzie jest ABB Marine & Ports and Westcon Power & Automation. 

Wartsila opracowała koncepcję SOV z ogniwami paliwowymi na rynek Stanów Zjednoczonych. DFDS zapowiada, że za środki z UE chce zbudować prom na trasę Kopenhaga – Frederikshavn – Oslo. Armator  informuje, że planuje ogniwa PEM o mocy 23 MW.  Zestaw zbiorników na wodór będzie mógł zatankować 44 t płynnego wodoru.  

W marcu 2019 r. Norled otrzymał zamówienie na wprowadzenie promu na trasę Hjelmeland - Skipavik – Nesvik, a w grudniu prom z siłownią zasilana z ogniw paliwowych o mocy 400 kW został zwodowany w stoczni Norse w Turcji.  MF Hydra to pierwszy na świecie prom zasilany w tym systemie. Jak widać, wiele firm podjęło decyzję o wprowadzeniu statków z ogniwami paliwowymi zanim pojawił się „Podręcznik dla statków zasilanych wodorem”. 

Polsce potrzebne są promy, statki instalacyjne i serwisowe dla morskich farm wiatrowych, mamy rozwijać żeglugę śródlądową i przybrzeżną. Tak więc wróciliśmy do punktu w którym będziemy mieli do czynienia ze statkami albo z napędem elektrycznym albo hybrydowym. A na tym polu polscy projektanci i stocznie mają już całkiem dobre doświadczenie i  pozycję na rynku międzynarodowym.

Może więc na polskich uczelniach, biurach projektowych i stoczniach podjąć wspólne działania i spróbować zaistnieć na wodorowym rynku?