本刊記者 劉穎

在海事界不斷推進減排的大背景下，選擇怎樣的燃料實現清潔航運成了當前業(yè)界關注的熱點。低硫燃油、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）、電力、風力、生物燃料、甲醇和氫等可替代燃料中，既可用作動力系統(tǒng)燃料又有望完全實現零排放的為數不多，氫便是其中之一。去年至今，與氫動力船相關的項目頻頻出現。這種能源緣何頗受業(yè)界青睞？究其原因，是以往限制氫大范圍商用的難題正在被逐一破解。

項目頻頻出現

去年以來相繼出現的相關項目表明，船舶動力系統(tǒng)以氫為燃料的設想正從研究階段進入實際應用階段。去年7月，“Energy Observer”號從巴黎起航，開啟了為期6年的環(huán)球之旅。該船是全球第一艘氫動力船，采用氫燃料電池系統(tǒng)，同時配有太陽能電池板和風力渦輪機。11月，維京游輪宣布開展液態(tài)氫動力郵輪項目，其一艘郵輪有望使用氫燃料電池，成為世界上首艘采用“零排放”技術的郵輪。同期，“Hydroville”號客船通過英國勞氏船級社(LR)認證，成為全球首艘安裝柴油/氫雙燃料發(fā)動機的客船。

今年6月，英國Ferguson Marine船廠宣布，將與其歐洲合作伙伴聯合開發(fā)、建造全球首艘以可再生能源氫作為動力系統(tǒng)燃料的渡船“HySeas III”號。該船的氫燃料將由可再生電力生產，從而實現零排放；其運營地點為蘇格蘭的奧克尼群島及周邊地區(qū)，該地區(qū)已能夠利用可再生能源生產氫。同月，美國Golden Gate Zero Emission Marine（GGZEM）公司稱其已獲得加利福尼亞大氣資源局300萬美元的資助，由Bay Ship and Yacht公司為其建造美國首艘氫燃料電池客船“Water-Go-Round”號。該船同樣可完全實現零排放，燃料加注可在任意地點通過卡車進行。

多個難題待解

業(yè)界專家表示，氫要用作較大型或航程較遠的船舶的燃料，則使用量決定了其無法以壓縮氫氣的方式“上船”，而是以液化氫（LH2）的形式存于儲罐中，再通過氫燃料電池為船舶提供動力。而氫的化學特性，導致其在航運業(yè)大規(guī)模商用還存在儲存、加注、使用成本及相關法規(guī)等多個待解難題。

據DNV GL可替代燃料業(yè)務總監(jiān)Gerd Michael Wuersig等業(yè)界專家介紹，與液化天然氣（LNG）相比，液化氫的儲存難度更大。天然氣的液化溫度為-163攝氏度，而氫的液化溫度低至-253攝氏度；在一個中等大小的儲罐中，LNG每天大約因氣化而損失0.2%，液化氫的氣化損失量可達5%；氫極易爆炸，一旦泄漏非常危險。不僅如此，液化氫的能量密度較LNG更低，僅為后者的40%左右。這意味著，與LNG相比，其儲罐的面積要大得多；與此同時，大型或遠洋船舶的氫燃料電池也體積過大，這對于貨船而言顯然不是一個理想選擇。

在價格方面，目前陸上車用氫加注站的建設成本已經不低，則此前LNG加注難的問題同樣可能會困擾氫加注。此外，船舶若要實現零排放，則其氫燃料應是通過利用可再生能源等環(huán)保方式生產的氫，其價格是否有市場競爭力還有待觀察。

最后，在安全性方面，相關法規(guī)是否健全也是待解問題。

答案呼之欲出

去年以來，隨著多個相關項目的開展，上述問題的答案已經呼之欲出。

在氫儲存方面，今年7月，ABB和Ballard電力系統(tǒng)公司宣布，雙方將針對海事市場合作開發(fā)兆瓦級質子交換膜（PEM）燃料電池動力系統(tǒng)。這種氫燃料電池系統(tǒng)通過電化學反應，將化學能從氫轉化為電力、熱能和清潔水，適用于大型船舶，不僅可在船舶靠港時為其提供電力，更可為船舶在航行時提供主要推進力。更值得關注的是，該系統(tǒng)盡管發(fā)電能力可達3兆瓦，但可安裝在一個尺寸不大于傳統(tǒng)船用發(fā)動機的模塊內。而在今年9月舉辦的28屆漢堡海事展（SMM）上，荷蘭Port Liner公司與H2-Industries SE公司發(fā)布消息稱，雙方將基于革命性的有機儲氫技術，開發(fā)和建造全電力推進船舶。該技術可將氫儲存在有機介質中，需要時再將氫從介質中釋放，用于在燃料電池中發(fā)電，進而供給為船舶提供動力的電機。這種方案具有安全、容量及能量密度大的特點，其有機儲氫介質儲罐儲存的能量超過20倍同等體積的電池，能夠滿足船舶長距離航行的需求。可以預見，隨著上述項目的開展，氫燃料電池、存儲系統(tǒng)體積過大的問題將得以解決。

在氫加注方面，業(yè)界若借鑒LNG通過小型船舶加注的方式，則川崎重工已經給出了解決方案。目前該公司已研發(fā)出小型及大型液化氫運輸船，其神戶工廠建造的液化氫運輸船將于明年9月下水。這意味著，氫能夠以經濟上可行且環(huán)保的方法并輸送到加注地。此外，去年4月，瑞典PowerCell公司、挪威Hexagon Composites公司以及Nel公司成立的合資企業(yè)發(fā)起了氫技術集成項目，該項目旨在將各參與方的技術有效集成并優(yōu)化，為用戶提供從氫原料生產、儲存、配送到利用燃料電池發(fā)電的一站式服務。

在使用成本方面，去年12月，總部位于美國紐約的 Columbia Engineering稱其已研發(fā)成功一種可生產氫的浮式太陽能燃料鉆探裝置。這種裝置使用太陽能光伏電力，無需泵或膜就能進行水電解，產生純度高達99%的氫，且不會產生任何相關的二氧化碳排放。這意味著，該裝置可環(huán)保、持續(xù)、低成本地生產氫。在此基礎上，研究人員還將繼續(xù)優(yōu)化設計，以使該裝置在海水中更高效地工作，并通過模塊化設計進一步提升其產能。

在相關法規(guī)方面，為滿足對不斷增長的液化氫運輸需求，國際海事組織（IMO）曾給出了其批量運輸的臨時建議。據此，日本海事協會（NK）于去年4月發(fā)布了液化氫運輸船安全建造運營導則，填補了這一領域的海事法規(guī)空白。此外，本屆漢堡海事展上，中國船級社（CCS）基于其氫燃料儲存、供應及燃料電池應用安全研究，發(fā)布了《船舶應用替代燃料指南》，表示未來可根據船舶使用燃料電池的供電范圍，為其授予FC-FULL、FCPOWER 1、FC-POWER 2三種不同附加標志?！?/p>