Projekt zasilanej wodorem łodzi – koniec statków z silnikami wysokoprężnymi?

Badania naukowe na morzu będą niebawem możliwe bez zanieczyszczania powietrza i wody. Wszystko dzięki projektowi zespołu kierowanego przez naukowców z Sandia National Laboratories. Stworzyli oni projekt elektrycznego statku morskiego, który wykorzystuje do zasilania wodorowe ogniwa paliwowe.

Ogniwa paliwowe są czystym źródłem energii elektrycznej – wykorzystują wodór i nie produkują spalin, dzięki czemu taki statek nie naraża ekosystemów na skażenia. Projekt Zero-V powstał dzięki staraniom naukowców z Sandia, Instytut Oceanograficznego na Uniwersytecie Kalifornijskim oraz firm Glosten i DNV GL. Całość ufundował amerykański Departament Transportu.

Fotowoltaika od Columbus Energy

Jak mówi Lennie Klebanoff, chemik z Sandia, wodorem nie da się zanieczyścić wody, ponieważ jest on lżejszy nawet od helu, więc w przypadku wycieku unosi się i ucieka – nawet z atmosfery, prosto w przestrzeń kosmiczną.

„Jeśli pracujesz w czułym ekosystemie i dojdzie do wycieku wodoru, to nie tylko usunie się on sam z środowiska, ale zniknie nawet z planety”, mówi Klebanoff. Ogniwa paliwowe produkują jedynie wodę, ale tak czystą, że można ją pić lub wykorzystywać do badań naukowych. Zmniejsza to istotnie konieczność używania instalacji do odsalania wody morskiej, które pochłaniają dużo energii.

Projekt Zero-V wyewoluował z poprzednich prac w Sandia. W ramach przedsięwzięcia naukowcy SF-BREEZE stworzyli zasilany wodorem prom pasażerski, który miałby pływać w zatoce San Francisco. Póki co tak duże jednostki nie istnieją, ale pływa już wiele mniejszych, wykorzystywanych rekreacyjnie statków zasilanych wodorem. Do czasu SF-BREEZE nie istniały analizy ekonomiczne i technologiczne przydatności tej technologii na morzu, jak wskazuje Joe Pratt, kierownik SF-BREEZE w Sandia.

„Do czasu realizacji naszego projektu niewiele osób myślało, że można zasilać realny statek wodorowymi ogniwami paliwowymi”, mówi Pratt. „Oprócz udowodnienia, że jest to technicznie możliwe, udało nam się wykazać, że jest to też ekonomicznie opłacalne”, dodaje naukowiec. W oparciu o poprzednie doświadczenia Pratt opuścił uczelnię i założył Golden Gate Zero Emission Marine – firmę budującą systemy napędowe oparte o ogniwa wodorowe dla rynku morskiego.

Projekt SF-BREEZE zakładał 150 pasażerów i zasięg statku około 75 km. Miał osiągać prędkość 35 węzłów (około 60 km/h). Stworzono również katamaran o długości około 30 metrów z równo rozłożoną wagą i dedykowanym portem do tankowania wodoru. Na podstawie tych projektów powstał Zero-V.

„Zamiast płynąć krótko, ale szybko i wioząc dużo ludzi, statek badawczy płynie wolniej, ale pokonuje większy dystans. Zabiera też mniej pasażerów, ale działa na nim czuła aparatura”, tłumaczy Klebanoff. „Innymi słowy, to zupełnie inny zwierz niż prom pasażerski”.

Pratt i Klebanoff zaprosili do współpracy badaczy z Instytut Scrippsa, aby sprawdzić czy oceanografowie zainteresowani są tego rodzaju jednostką. Okazało się, że Zero-V mógłby pozwolić na studiowanie ekosystemów morskich, prowadzenie badań fizycznych i chemicznych, ocenę ryzyka wystąpienia tsunami itp.

Jednostka została zaprojektowana tak, aby móc utrzymać swoją pozycję na wodzie przez dłuższy czas. Nawet w przypadku fal czy mocnego wiatru. Firma Glosten odpowiedzialna była za projekt pędników, które znalazły się po bokach statku. Pozwalają one na utrzymanie pozycji nawet przy wietrze wiejącym z prędkością ponad 25 węzłów. SF-BREEZE musiał być tankowany co 150 km. Od Zero-V wymaga się zasięgu 3600 km – czyli 15 dni bez tankowania. To dystans pomiędzy San-Francisco i Hawajami. Dlatego zamiast pojedynczych stacji tankowania, stworzono mobilne z wodorem dowożonym ciężarówkami.

Firma Glosten zaprojektowała specjalne zbiorniki na wodór, dzięki którym statek ma taki zasięg. Oprócz tego znalazło się miejsce dla 11 członków załogi, 18 naukowców i trzech laboratoriów. Sean Caughlan z Glosten mówi, że było to spore wyzwanie. Udało się je zrealizować dzięki projektowi trimarana. Trzy kadłuby dają dostatecznie dużo miejsca na kabiny i laboratoria, a miejsce nad nimi na zbiorniki z wodorem.

Za projekt instalacji wodorowej odpowiedzialna była firma DNV GL. To weterani tego sektora. Ich doświadczenie pozwoliło stworzyć odpowiedni napęd. „Projekt był dobrym testem dla naszych zasad i alternatywnych rozwiązań napędu wodorowego i ogniw paliwowych”, mówi Petra Haugom. „Rezultaty z Zero-V będą istotnym sprawdzianem i wyznacznikiem sposobów pokonywania pewnych problemów technicznych na przyszłość”.

Kolejnym krokiem jest teraz pozyskanie finansowania na budowę takiej jednostki. Nie będzie to niemożliwe, ponieważ powinna być droższa jedynie o około 7% niż porównywalny statek z silnikiem diesla.