IMO 2020：氢气在海上的未来
GGZM团队参加Water-Go-Round龙骨奠基仪式。图片中从左到右：联合创始人乔·布尔加德上尉）; John Motlow，营销和战略副总裁;查理瓦尔特;泰勒福斯特; Rose Dawydiak-Rapagnani; Thomas Escher，联合创始人）;和丹约翰逊。照片来源GGZM。
3D旋转的水的回报。照片来源Incat Crowther
Water-Go-round keeling奠基仪式。照片来源GGZM
氢燃料电池技术满足未来的IMO要求
随着海事界不断推动减少船舶排放以满足IMO MARPOL附则VI规定并将船舶硫含量从2020年1月1日限制在世界范围内的0.5％，许多船东开始考虑氢燃料电池技术以满足不断发展的排放法规。迄今为止，已有数亿美元用于研究项目，以利用氢燃料电池进行运输。包括欧盟，美国和日本在内的几个海上大国已启动试点计划，以评估海洋氢气减少排放的可行性，同时保持与传统推进技术的成本平价。
该领域的领导者是金门零排放海洋公司（GGZM）首席执行官兼首席技术官Joseph Pratt博士，他是国际公认的海洋氢专家。 GGZM是从可行性研究到船舶建造和运营过渡的几家公司之一。
北美第一条商用氢燃料电池船
去年11月完成了Water-Go-Round龙骨奠基仪式并于今年9月推出，GGZM有望成为北美第一条商用氢燃料电池船。 Water-Go-Round将是一艘70英尺长的双体船，由Bay Ship＆Yacht Co.建造，能够在湾区运送多达84名乘客。
GGZM团队参加Water-Go-Round龙骨奠基仪式。图片中从左到右：联合创始人乔·布尔加德上尉）; John Motlow，营销和战略副总裁;查理瓦尔特;泰勒福斯特; Rose Dawydiak-Rapagnani; Thomas Escher，联合创始人）;和丹约翰逊。照片来源GGZM。
根据Pratt博士的说法，该船一旦发射，将在旧金山湾运营三个月，而桑迪亚国家实验室是氢燃料电池技术最前沿的国家实验室，对船舶进行性能测试并收集数据。该船将在250巴（约3600磅/平方英寸）下运载高达242千克压缩氢气的油箱阵列，这将提供足够的燃料，运行长达2天。 Water-Go-Round将由两台300千瓦（400马力）轴电机和一个100千瓦时的电池驱动，以提供高达22节的速度。
Water-Go-Round项目的一些初始资金来自加州气候投资，这是一项旨在减少加利福尼亚州温室气体排放的限额和交易计划。
普拉特博士评论说，他在管理SF-BREEZE和桑迪亚国家的其他研究时，他所开发的合作伙伴关系中成功地推动了他的业务的成功启动和水上游戏的建设“很长一段时间”。实验室。
“可行性报告表明它可以完成，但我们想证明这一点。在查看[公司]的业务方面时，我们看到了对氢燃料电池船的巨大需求“。
一旦Water-Go-Round项目完成，GGZM将集中精力从该项目中汲取经验教训，开发“随时可用”的氢燃料电池动力系统，该系统可用于新船建造和世界各地的改装。
GGZM首席执行官兼首席技术官Joseph Pratt博士。照片来源GGZM “鸡来了”
经常引用的挑战之一是破坏性推进技术进入海运市场时的“鸡与蛋”困境。批评者将声称船东不愿意在新船建造中部署新技术，如氢燃料电池，直到港口基础设施到位。他们还声称，在船主强烈要求造成“鸡与蛋”困境之前，港口基础设施不会发展。
对于普拉特博士来说，答案是“显然鸡必须先来......鸡是证明”。
普拉特博士指出，美国每年生产的氢气超过1000万吨（美国能源部），并认为快速扩张海洋氢燃料电池技术的必要成分已经存在于世界上许多工业化国家。
他打趣说，不必进行无数次的可行性研究，就必须“让水上船”向国际海事界证明氢技术在经济上是可行的。
普拉特博士断言，确定世界哪些地区将采用这项技术的最大因素是“船主是否可以获得氢气”。目前，并非所有世界各国都能轻易获得氢气。此外，由于液态氢具有比压缩氢气高得多的能量密度，因此大多数容器将基于其所需的耐久性而需要液态氢。由于北美成熟的氢供应商网络，普拉特博士认为，北美将继续成为这类海事技术的强大市场。
3D旋转的水的回报。照片来源Incat Crowther 氢来自哪里？
在讨论氢燃料电池技术的减排潜力时，一个重要的区别是氢的生产方式。诸如蒸汽 - 甲烷重整和部分氧化的方法使用甲烷作为原料产生氢气，通常来自天然气。根据美国能源部（DOE）的说法，蒸汽 - 甲烷重整和部分氧化通过在催化剂存在下将高温蒸汽（700至1000℃）与甲烷相结合来产生氢气。 DNV GL的一份题为“选择的替代燃料和技术评估”的报告指出，以这种方式生产的氢气具有相当于每兆焦耳（MJ）90克的二氧化碳排放量，这超过了HFO和MGO。在撰写本文时，世界上大部分氢气都是用这些方法生产的。
另一种引人注意的方法是使用电解来产生氢气。在电解过程中，电被用于将水分离成氢气和氧气。
这是通过许多不同的电解槽实现的，包括聚合物电解质膜（PEM），碱性和固体氧化物电解器，其在材料，生产温度以及在该过程中如何发生反应方面变化。当用于为设备供电的电力来自风能，太阳能，核能或生物气等可再生能源时，电解被认为是“绿色”。
虽然Water-Go-Round项目尚未确定其氢供应商和相关的氢生产方法，但Pratt博士认为，“需要采用100％可再生氢气”。为了获得广泛采用，他认为“解决方案必须具有经济可行性......它必须由市场驱动，而不是由政府资助计划支持。目前，可再生氢比传统氢更昂贵。
“虽然可再生氢是目标，但它今天不能提供经济上可行的解决方案”。 Pratt博士目前的战略“是从容器和常规氢气开始，这可以是经济上可行的，然后转变为更高的可再生成分，因为它实现了成本水平，使其也可行。如果我们今天试图做到这两点，总体效果可能是延迟接受该技术“。
氢可以经济吗？
在Water-Go-Round项目的背景下讨论氢燃料电池技术的经济可行性时，Pratt博士指出“氢燃料电池容器的主要价值主张在于船舶的整体成本降低。船东将永远不需要再次完成“重新上电”。首先，您将从具有数百个运动部件的机械发动机转向燃料电池的固态系统。其次，在生命结束时，您不需要更换引擎;相反，只要它们超过其生命周期就需要更换单独的燃料电池。总的来说，这可以减少维护和减少停机时间，这最终会降低船舶的整体运营和维护成本。
普拉特博士还指出，改用氢燃料电池系统的第二个价值主张是，该船比同类柴油发动机安静得多，并且没有船上污染。这开辟了许多可能性，例如船主可以承担非传统的包船，例如“合作会议”和“自然游览”，因为降低了噪音和空气污染。
未来
由于Water-Go-Round项目接近其第一次航行以及其他项目，如英国的HYSEAS III项目或挪威的HYBRIDskip项目处于不同的执行阶段，很明显海洋氢技术正在从概念迅速发展到在全球范围内创造。类似于液化天然气（LNG）作为船用燃料的主流接受，氢可能会实现类似的广泛采用。 Pratt博士断言，氢燃料电池船最初将聚集在具有更严格排放控制的区域，如MARPOL附件VI中建立的排放控制区，以及具有固定路线的船舶，如渡轮，拖船和沿海贸易商。随着氢气生产在全球范围内的扩散，像集装箱船这样可变路线的大型船舶可能开始采用这种技术。 Pratt博士注意到集装箱船的规模经济，很快就会注意到“一艘集装箱船可以在一个港口证明一个新的氢气生产设施”，这表明该技术的全球采用可能即将出现。
关于作者
Joseph DiRenzo是一名技术项目经理和专业工程师，在美国海岸警卫队拥有近10年的海事经验。他的最后一次巡演是在康涅狄格州新伦敦的海岸警卫队研发中心，在那里，他参与了一项关于使用液化天然气（LNG）为海岸警卫队新的内陆河招标队进行可行性研究的可行性研究。凭借对可再生海事技术的浓厚兴趣，他于2012年获得富布赖特奖学金，在挪威特隆赫姆的挪威科技大学学习海洋天然气技术。他在贸易出版物和学术期刊上撰写了许多关于在海事领域使用液化天然气的文章。在海岸警卫队的职业生涯中，他曾在两艘不同的船上服役，包括作为行动官的部门主管巡视，在美国两个海岸执行多项海上任务。
