航運是增長最快的溫室氣體來源之一，這促使造船廠和運營商尋找環保的替代推進系統。Fraunhofer的研究人員與合作夥伴聯手開發了HyMethShip概念，其中氫是從甲醇中獲得的。這項技術不需要攜帶大型氫氣罐，使其更加安全。在未來，它也可能被證明是郵輪的一個有吸引力的解決方案。
© 弗勞恩霍夫 圖
圖的頂部顯示了陸上甲醇生產。底部顯示了發動機的氫氣是如何從反應器中的甲醇獲得的（藍色箭頭）。剩餘的二氧化碳儲存在罐中，並在陸上甲醇生產中重複使用。
根據歐洲環境署的數據，海運占歐盟碳排放總量的百分之三以上。僅在2019年，排放量就達到1.44億噸一氧化碳2.這聽起來可能不是很多，但由於貿易量的急劇增加，航運多年來一直是溫室氣體排放增長最快的來源之一。因此，世界各地的造船廠和運營商都在尋找環保的替代品，以取代由燃料油或柴油驅動的傳統船舶發動機。在這種背景下，重點正日益轉向綠色氫作為清潔能源。然而，在公海上攜帶裝有加壓氫氣的大型重型專用儲罐總是涉及一定的風險。
弗勞恩霍夫陶瓷技術和系統研究所IKTS的研究人員與合作夥伴合作開發了一種使用氫氣作為零排放推進概念並避免這些缺點的技術。歐盟資助的HyMethShip項目使用甲醇作為液態氫載體。在這個概念中，船在港口用甲醇加油。在船上，氫氣通過蒸汽重整過程從甲醇獲得，並用於船舶推進。“這樣，我們一石二鳥：這艘船具有幾乎零排放的推進系統，不需要大型且具有潛在危險的氫氣罐，”Fraunhofer IKTS催化與材料合成小組的Benjamin Jäger博士解釋說。
加滿甲醇，燃燒氫氣
該系統的技術核心是反應堆。甲醇與水混合，然後通過加熱蒸發並送入預熱的反應器，甲醇和水的混合物轉化為氫氣和一氧化碳。2.在氫氣分離和反應器工程方面，弗勞恩霍夫IKTS能夠貢獻其在膜工藝技術方面的多年經驗。弗勞恩霍夫的研究人員開發了一種塗有碳的陶瓷膜。氫分子通過膜的極細孔逸出，而較大的二氧化碳氣體分子被保留。在此過程中，氫氣達到90%以上的純度水平。然後，它被送入發動機，通過在傳統內燃機中燃燒來驅動發動機 - 並且絕對不會產生對氣候有害的廢氣。
項目中使用的工藝概念包括兩個額外的巧妙設計元素，可優化系統。首先，利用發動機的餘熱對反應器進行加熱，顯著提高系統效率。其次，剩餘的二氧化碳返回到反應器下游的流體狀態，並送入空的甲醇罐中。當船舶到達港口時，CO2被送入儲罐中，然後可用於下一個甲醇合成過程。
“甲醇是運輸的理想氫氣載體。它的能量密度是液氫的兩倍，因此船上的甲醇罐只需要一半的尺寸。它也可以安全地運輸：即使儲罐泄漏，也沒有嚴重的環境風險，“IKTS該領域的專家Benjamin Jäger博士說。
在開發過程中，技術挑戰之一是擴大陶瓷膜，以便它們可以用於船舶發動機所需的推進力。研究人員設法將膜從原來的105毫米長度擴展到500毫米，使發動機推進力達到1兆瓦。中期目標是開發20兆瓦及以上的推進系統。
© 弗勞恩霍夫 用於反應器的模塊中的集成膜將氫氣與二氧化碳分開。
渡輪和游輪的環保之旅
零排放推進系統非常適合在兩個港口之間航行固定航線的渡輪，每個港口都有自己的甲醇加註站。然而，該技術也可能成為集裝箱船和游輪的有吸引力的未來解決方案。具有環保意識的乘客將被吸引到溫室氣體排放量為零的綠色游輪上，並且沒有大型漏斗將燃料油燃燒過程中的煙灰釋放到空氣中。
在歐盟資助的HyMethShip項目中，Fraunhofer IKTS與許多合作夥伴合作。奧地利格拉茨的大型發動機能力中心（LEC）負責該項目的整體協調，而位於因斯布魯克的初創公司SES-HyDepot e.U.則運營着小型測試設施，以驗證潛在的技術流程。SES-HyDepot首席執行官Christian Mair對此持樂觀態度：“測試表明，可以在甲醇的基礎上提供氫氣。它為船舶及其巨大的電力需求提供了中期的前景。
在能源轉型和歐洲綠色協議的背景下，該行業開始面臨越來越大的政治壓力。2020年，歐洲議會呼籲航運公司大幅減少排放。憑藉其零排放氫推進系統，HyMethShip項目可以在這方面做出重要貢獻。在其他行業也有潛在的應用。從甲醇中生成氫氣的原理也可以應用於化學工業的一系列場景。
原文：Powering ships with hydrogen from methanol (fraunhofer.de)
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