OMI 2020: El futuro del hidrógeno en el sector marítimo.

Por Joseph DiRenzo, PE17 julio 2019

Tecnología de celda de combustible de hidrógeno para satisfacer los requisitos futuros de la OMI
Con un esfuerzo continuo por parte de la comunidad marítima para reducir las emisiones de los barcos para cumplir con las regulaciones del Anexo VI de la OMI MARPOL y limitar el contenido de azufre de los barcos desde el 1 de enero de 2020 al 0,5 por ciento en todo el mundo, muchos propietarios de barcos están comenzando a considerar la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno para satisfacer evolucionando las regulaciones de emisiones. Hasta la fecha, se han gastado cientos de millones de dólares en programas de investigación para utilizar celdas de combustible de hidrógeno para el transporte. Varias potencias marítimas, entre ellas la Unión Europea, los Estados Unidos y Japón, han iniciado programas piloto para evaluar la viabilidad del hidrógeno marítimo para reducir las emisiones y mantener la paridad de costos con la tecnología tradicional de propulsión.

Una voz destacada en el campo es el Dr. Joseph Pratt, CEO y CTO de Golden Gate Zero Emission Marine (GGZM), quien es un experto internacionalmente reconocido en materia de hidrógeno marítimo. GGZM es una de varias compañías que realizan la transición del estudio de factibilidad a la construcción y operación de embarcaciones.

Primer buque comercial de pilas de combustible de hidrógeno en América del Norte
Después de completar una ceremonia de colocación de la quilla para el Water-Go-Round en noviembre del año pasado y un lanzamiento previsto en septiembre de este año, GGZM está en camino de convertirse en el primer barco comercial de celdas de combustible de hidrógeno en América del Norte. El Water-Go-Round será un catamarán de 70 pies construido por Bay Ship & Yacht Co., capaz de transportar hasta 84 pasajeros en el Área de la Bahía.

El equipo de GGZM en la ceremonia de colocación de la quilla Water-Go-Round. De izquierda a derecha en la imagen: capitán Joe Burgard, cofundador); John Motlow, vicepresidente de marketing y estrategia; Charlie Walther; Tyler Foster; Rose Dawydiak-Rapagnani; Thomas Escher, cofundador); y Dan Johnson. Crédito de la foto GGZM.

De acuerdo con el Dr. Pratt, una vez lanzado, el buque operará en la Bahía de San Francisco durante tres meses, mientras que los Laboratorios Nacionales Sandia, un laboratorio nacional a la vanguardia de la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno, realizan pruebas de rendimiento en el buque y recopilan datos. El buque transportará una matriz de tanques de hasta 242 kilogramos de hidrógeno comprimido a 250 bar (aproximadamente 3600 psi) que proporcionará suficiente combustible para hasta 2 días completos de operación. El Water-Go-Round será impulsado por dos motores de eje de 300 kW (400 caballos de fuerza) con una batería de 100 kilovatios hora para proporcionar velocidades de hasta 22 nudos.

Algunos de los fondos iniciales para el proyecto Water-Go-Round provienen de California Climate Investments, que es un programa de límites máximos y comercio destinado a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en el estado de California.

El Dr. Pratt comentó que el lanzamiento exitoso de su negocio y la construcción de Water-Go-Round "tardaron mucho tiempo en hacerse" y crecieron orgánicamente a partir de las alianzas que él desarrolló al administrar el SF-BREEZE y otros estudios en Sandia National. Laboratorios

“El informe de factibilidad mostró que se podía hacer, pero queríamos probarlo. Al observar el lado comercial [de la compañía], vimos una demanda realmente grande de recipientes de celdas de combustible de hidrógeno ".

Una vez que se complete el proyecto Water-Go-Round, GGZM centrará sus esfuerzos en tomar las lecciones aprendidas del proyecto para desarrollar sistemas de energía de celdas de combustible de hidrógeno "listos para usar" que podrían usarse para la construcción de nuevos buques y retroalimentación en todo el mundo .

Dr. Joseph Pratt, CEO / CTO de GGZM. Crédito de foto GGZM "El pollo es lo primero"
Uno de los desafíos más citados es el dilema del "huevo y la gallina" cuando una tecnología de propulsión disruptiva ingresa al mercado marítimo. Los críticos afirmarán que los armadores se muestran reacios a implementar nueva tecnología en la construcción de nuevas embarcaciones, como las células de combustible de hidrógeno, hasta que la infraestructura del puerto esté en su lugar. También afirmarán que la infraestructura portuaria no se desarrollará hasta que haya una fuerte demanda de los armadores que crean un dilema de “gallina y huevo”.

Para el Dr. Pratt, la respuesta es "claramente que el pollo debe ser lo primero ... el pollo es la prueba".

Al notar que los EE. UU. Producen más de 10 millones de toneladas métricas de hidrógeno por año (US DOE), el Dr. Pratt cree que los ingredientes necesarios para una rápida expansión de la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno marítimo ya existen en muchos países industrializados en todo el mundo.

Dijo que, en lugar de producir una cantidad infinita de estudios de viabilidad, era necesario "poner los barcos en el agua" para demostrar a la comunidad marítima internacional que la tecnología del hidrógeno podría ser económicamente viable.

El Dr. Pratt afirma que el factor más importante para determinar qué partes del mundo adoptarán esta tecnología es "si [los armadores] pueden obtener hidrógeno". En este momento, no todos los países del mundo tienen fácil acceso al hidrógeno. Además, la mayoría de los recipientes requerirán hidrógeno líquido en función de su resistencia requerida, ya que el hidrógeno líquido tiene una densidad de energía considerablemente mayor que el gas hidrógeno comprimido. Debido a la red madura de proveedores de hidrógeno en América del Norte, el Dr. Pratt cree que América del Norte seguirá siendo un mercado sólido para este tipo de tecnología marítima.
Representación 3D del Water-Go-Round. Crédito de la foto Incat Crowther ¿De dónde viene el hidrógeno?
Una distinción importante al discutir el potencial de reducción de emisiones de la tecnología de celda de combustible de hidrógeno es la forma en que se produce el hidrógeno. Métodos como el reformado con vapor de metano y la oxidación parcial producen hidrógeno utilizando metano como materia prima, generalmente a partir de gas natural. Según el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), el reformado con vapor de metano y la oxidación parcial producen hidrógeno al combinar vapor de alta temperatura (700 a 1000 ° C) con metano en presencia de un catalizador. Un informe de DNV GL titulado Evaluación de combustibles y tecnologías alternativos seleccionados señala que el hidrógeno producido de esta manera tiene un pozo para acumular emisiones de CO2 equivalentes a 90 gramos por Mega Joule (MJ), que es más que HFO y MGO. En la redacción de este artículo, la mayoría del hidrógeno del mundo se produce utilizando estos métodos.
Otro método que está ganando atención es el uso de la electrólisis para producir hidrógeno. Durante el proceso de electrólisis, la electricidad se utiliza para separar el agua en hidrógeno y oxígeno.

Esto se logra mediante una serie de electrolizadores diferentes, que incluyen electrolizadores de membrana de electrolito polimérico (PEM), alcalinos y de óxido sólido, que varían en el material, la temperatura de producción y cómo se producen las reacciones dentro del proceso. La electrólisis se considera "verde" cuando la electricidad utilizada para alimentar el equipo proviene de fuentes de energía renovables como la eólica, solar, nuclear o de biogás.
Si bien el proyecto Water-Go-Round aún no está decidido por su proveedor de hidrógeno y el método de producción de hidrógeno asociado, el Dr. Pratt cree que la adopción de hidrógeno 100% renovable "tendrá que ocurrir en pasos". Para obtener una adopción generalizada, cree que "la solución debe ser económicamente viable ... tiene que ser impulsada por el mercado, no respaldada por iniciativas de financiamiento del gobierno. Actualmente, el hidrógeno renovable es más caro que el hidrógeno convencional ”.

"Si bien el objetivo es el hidrógeno renovable, hoy no ofrece una solución económicamente viable". La estrategia actual del Dr. Pratt “es comenzar con el recipiente y el hidrógeno convencional, que puede ser económicamente viable, luego pasar a un contenido renovable más alto a medida que se logra un nivel de costo que también lo hace viable. Si intentamos hacer ambas cosas hoy, el efecto general puede ser un retraso en la aceptación de la tecnología en general ".

¿Puede el hidrógeno ser económico?
Al analizar la viabilidad económica de la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno en el contexto del proyecto Water-Go-Round, el Dr. Pratt señala que “la principal propuesta de valor para los recipientes de celdas de combustible de hidrógeno está en la reducción general de costos para el buque. Los propietarios de embarcaciones nunca tendrán que hacer un nuevo 're-poder' de nuevo. Primero, se pasa de un motor mecánico con cientos de piezas móviles al sistema de estado sólido de una celda de combustible. En segundo lugar, al final de la vida no es necesario cambiar los motores; más bien, solo necesita reemplazar las celdas de combustible separadas una vez que hayan excedido su ciclo de vida. En general, esto puede resultar en una reducción del mantenimiento y en el tiempo de inactividad ”, lo que en última instancia reduciría las operaciones generales y el costo de mantenimiento del barco.

El Dr. Pratt también señaló que una propuesta secundaria de valor para cambiar a un sistema de celda de combustible de hidrógeno es que el barco es mucho más silencioso que los motores diesel comparables y no tiene contaminación a bordo. Esto abre muchas posibilidades, por ejemplo, los propietarios de barcos pueden tomar cartas no tradicionales para embarcaciones de pasajeros como "reuniones de cooperación" y "excursiones por la naturaleza" debido a la reducción de ruido y contaminación del aire.

El futuro
Con el proyecto Water-Go-Round cerca de su primer viaje y otros proyectos como el proyecto HYSEAS III en el Reino Unido o el proyecto HYBRIDskip en Noruega en diferentes etapas de ejecución, está claro que la tecnología de hidrógeno marítimo está progresando rápidamente de un concepto a otro. Creación a escala global. De manera similar a la aceptación generalizada del gas natural licuado (GNL) como combustible marino, es probable que el hidrógeno logre una adopción generalizada similar. El Dr. Pratt afirma que los buques con celdas de combustible de hidrógeno se agruparán inicialmente en áreas con controles de emisión más estrictos, como el Área de Control de Emisión establecida en el Anexo VI de MARPOL, entre buques con una ruta fija como ferries, remolcadores y comerciantes costeros. A medida que la producción de hidrógeno se propaga por todo el mundo, los buques más grandes con rutas más variables, como los buques portacontenedores, pueden comenzar a adoptar esta tecnología. Al observar la economía de escala de un barco de contenedores, el Dr. Pratt se da cuenta rápidamente de que "un barco de contenedores podría justificar una nueva instalación de producción de hidrógeno" en un puerto, lo que sugiere que la adopción global de esta tecnología podría estar en el horizonte.

Sobre el Autor

Joseph DiRenzo es un gerente de proyectos técnicos e ingeniero profesional con cerca de 10 años de experiencia marítima en la Guardia Costera de los EE. UU. Su última gira fue en el Centro de Investigación y Desarrollo de la Guardia Costera en New London, CT, donde, entre otros proyectos, dirigió un estudio de factibilidad sobre el uso de Gas Natural Licuado (GNL) para la nueva flota de la Guardia Costera de Inland River Tenders. Con un gran interés en la tecnología marítima renovable, recibió una beca Fulbright en 2012 para estudiar tecnología marítima de gas natural en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología en Trondheim, Noruega. Ha escrito varios artículos en publicaciones comerciales y revistas académicas sobre el uso de GNL en el sector marítimo. Durante su carrera en la Guardia Costera, se desempeñó en dos embarcaciones diferentes, incluida una visita a la jefa de departamento como Oficial de Operaciones, realizando una multitud de misiones marítimas en ambas costas de los Estados Unidos.

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