航运是增长最快的温室气体来源之一，这促使造船厂和运营商寻找环保的替代推进系统。Fraunhofer的研究人员与合作伙伴联手开发了HyMethShip概念，其中氢是从甲醇中获得的。这项技术不需要携带大型氢气罐，使其更加安全。在未来，它也可能被证明是邮轮的一个有吸引力的解决方案。
© 弗劳恩霍夫 图
图的顶部显示了陆上甲醇生产。底部显示了发动机的氢气是如何从反应器中的甲醇获得的（蓝色箭头）。剩余的二氧化碳储存在罐中，并在陆上甲醇生产中重复使用。
根据欧洲环境署的数据，海运占欧盟碳排放总量的百分之三以上。仅在2019年，排放量就达到1.44亿吨一氧化碳2.这听起来可能不是很多，但由于贸易量的急剧增加，航运多年来一直是温室气体排放增长最快的来源之一。因此，世界各地的造船厂和运营商都在寻找环保的替代品，以取代由燃料油或柴油驱动的传统船舶发动机。在这种背景下，重点正日益转向绿色氢作为清洁能源。然而，在公海上携带装有加压氢气的大型重型专用储罐总是涉及一定的风险。
弗劳恩霍夫陶瓷技术和系统研究所IKTS的研究人员与合作伙伴合作开发了一种使用氢气作为零排放推进概念并避免这些缺点的技术。欧盟资助的HyMethShip项目使用甲醇作为液态氢载体。在这个概念中，船在港口用甲醇加油。在船上，氢气通过蒸汽重整过程从甲醇获得，并用于船舶推进。“这样，我们一石二鸟：这艘船具有几乎零排放的推进系统，不需要大型且具有潜在危险的氢气罐，”Fraunhofer IKTS催化与材料合成小组的Benjamin Jäger博士解释说。
加满甲醇，燃烧氢气
该系统的技术核心是反应堆。甲醇与水混合，然后通过加热蒸发并送入预热的反应器，甲醇和水的混合物转化为氢气和一氧化碳。2.在氢气分离和反应器工程方面，弗劳恩霍夫IKTS能够贡献其在膜工艺技术方面的多年经验。弗劳恩霍夫的研究人员开发了一种涂有碳的陶瓷膜。氢分子通过膜的极细孔逸出，而较大的二氧化碳气体分子被保留。在此过程中，氢气达到90%以上的纯度水平。然后，它被送入发动机，通过在传统内燃机中燃烧来驱动发动机 - 并且绝对不会产生对气候有害的废气。
项目中使用的工艺概念包括两个额外的巧妙设计元素，可优化系统。首先，利用发动机的余热对反应器进行加热，显著提高系统效率。其次，剩余的二氧化碳返回到反应器下游的流体状态，并送入空的甲醇罐中。当船舶到达港口时，CO2被送入储罐中，然后可用于下一个甲醇合成过程。
“甲醇是运输的理想氢气载体。它的能量密度是液氢的两倍，因此船上的甲醇罐只需要一半的尺寸。它也可以安全地运输：即使储罐泄漏，也没有严重的环境风险，“IKTS该领域的专家Benjamin Jäger博士说。
在开发过程中，技术挑战之一是扩大陶瓷膜，以便它们可以用于船舶发动机所需的推进力。研究人员设法将膜从原来的105毫米长度扩展到500毫米，使发动机推进力达到1兆瓦。中期目标是开发20兆瓦及以上的推进系统。
© 弗劳恩霍夫 用于反应器的模块中的集成膜将氢气与二氧化碳分开。
渡轮和游轮的环保之旅
零排放推进系统非常适合在两个港口之间航行固定航线的渡轮，每个港口都有自己的甲醇加注站。然而，该技术也可能成为集装箱船和游轮的有吸引力的未来解决方案。具有环保意识的乘客将被吸引到温室气体排放量为零的绿色游轮上，并且没有大型漏斗将燃料油燃烧过程中的烟灰释放到空气中。
在欧盟资助的HyMethShip项目中，Fraunhofer IKTS与许多合作伙伴合作。奥地利格拉茨的大型发动机能力中心（LEC）负责该项目的整体协调，而位于因斯布鲁克的初创公司SES-HyDepot e.U.则运营着小型测试设施，以验证潜在的技术流程。SES-HyDepot首席执行官Christian Mair对此持乐观态度：“测试表明，可以在甲醇的基础上提供氢气。它为船舶及其巨大的电力需求提供了中期的前景。
在能源转型和欧洲绿色协议的背景下，该行业开始面临越来越大的政治压力。2020年，欧洲议会呼吁航运公司大幅减少排放。凭借其零排放氢推进系统，HyMethShip项目可以在这方面做出重要贡献。在其他行业也有潜在的应用。从甲醇中生成氢气的原理也可以应用于化学工业的一系列场景。
原文：Powering ships with hydrogen from methanol (fraunhofer.de)
