Desarrollo de pilas de combustible de hidrógeno en el sector naval

Además, el hidrógeno es una fuente de energía renovable, que puede obtenerse produciendo hidrógeno a partir de energías verdes como la energía solar, la energía eólica, la energía potencial del agua y la energía de la biomasa.

La aplicación de la tecnología de propulsión por pilas de combustible de hidrógeno en los buques puede lograr eficiencia energética, cero emisiones y mayor comodidad para el barco.

Como el litio batería del motor de curricánAdemás, las pilas de combustible de hidrógeno son dispositivos de propulsión ideales para los buques ecológicos y, al mismo tiempo, satisfacen las necesidades del mercado de buques ecológicos y respetuosos con el medio ambiente.

Aplicación marina de la pila de combustible de hidrógeno

Países y regiones avanzados como la Unión Europea, Alemania, Estados Unidos, Noruega y Japón ocupan una posición de liderazgo en el campo de la tecnología marina de propulsión por pilas de combustible de hidrógeno.

Han realizado la demostración y aplicación de dispositivos marinos de propulsión de pilas de combustible de hidrógeno, y han entrado en la fase de promoción y aplicación.

Unión Europea: En 2007 financió el proyecto ZEMships, el primer buque comercial de pasajeros del mundo. El barco adopta un método de propulsión híbrido, integra dos pilas de combustible de hidrógeno con una potencia máxima de 48k W y una batería de plomo de 560V, y puede transportar a 100 pasajeros.

Alemania: En 2008 se desarrolló el crucero de pila de combustible de hidrógeno "Alsterwasser", con capacidad para 100 pasajeros. Utiliza un dispositivo de propulsión de pila de combustible de hidrógeno como propulsión principal, con una potencia de 100 kW y una velocidad máxima de 14 km/h. Actualmente, puede transportar más de 14.000 pasajeros nombre.

Francia: El buque impulsado por hidrógeno y viento "Energy Observer" se construyó en 2017. El barco mide 30 m de eslora, pesa 20 t y utiliza un sistema de pila de combustible de hidrógeno de 22 kW.

Países Bajos: En 2009 se construyó un "FuelCellBoatAmsterdam" de 100 pasajeros para el turismo por los canales. El barco está equipado con un sistema de pila de combustible de hidrógeno de 60-70 kW, utiliza hidrógeno a alta presión para suministrar combustible de hidrógeno y puede navegar a una velocidad de 7 nudos (1 nudo = 1 milla/h) durante 9 horas .

Estados Unidos: Anunció el 25 de junio de 2018 que se construirá el primer transbordador de pila de combustible de hidrógeno en la región del Golfo. El transbordador transporta 84 pasajeros, con una potencia de propulsión eléctrica de 2×300 kW, una eslora de 21 m, un casco de aluminio y una velocidad de 22 nudos.

Noruega: En 2009, en colaboración con el Grupo Wartsila y la Sociedad de Clasificación MTU, desarrolló el famoso buque de abastecimiento de superficie marítimo con pila de combustible de hidrógeno "VikingLady".

La potencia del sistema de pila de combustible de hidrógeno es de 320 kW, su eficiencia de salida no es inferior a la del batería ternaria de litio. Es el primer buque de ingeniería con pila de combustible de hidrógeno del mundo puesto en funcionamiento.

Japón: En 2015, se botó el primer pesquero de pila de combustible de hidrógeno para realizar pruebas en el mar. El pesquero tiene una eslora total de 12,5 m, capacidad para 12 personas, 450 litros de hidrógeno y una velocidad máxima de 37 km/h.

Problemas en el desarrollo de buques con pila de combustible de hidrógeno

● La tecnología de almacenamiento de hidrógeno marino necesita un gran avance
La cantidad de hidrógeno transportada por el sistema de almacenamiento de hidrógeno determina la resistencia del buque de pila de combustible de hidrógeno.

Para los buques oceánicos, los requisitos del sistema de almacenamiento de hidrógeno son mayores y se requiere una mayor densidad energética del hidrógeno.

En la actualidad, los métodos de almacenamiento de hidrógeno incluyen principalmente el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a alta presión, el almacenamiento de hidrógeno licuado a baja temperatura, el almacenamiento de hidrógeno de hidruro metálico y el almacenamiento de hidrógeno de compuesto orgánico líquido.

El depósito de almacenamiento de hidrógeno a alta presión está hecho principalmente de metal, y el contacto prolongado con el hidrógeno aumenta el riesgo de fragilización por hidrógeno del material.

En cuanto al repostaje de hidrógeno, actualmente hay pocos puertos dedicados al repostaje de hidrógeno para buques en todo el mundo, y es necesario seguir mejorando las instalaciones de apoyo al repostaje de hidrógeno.

● Las pilas de combustible son caras
Similar a batería marina de iones de litio, el coste de las pilas siempre ha existido. La pila eléctrica es el componente central que convierte la energía química en energía eléctrica, y su coste representa alrededor de 60% del coste total de las pilas de combustible de hidrógeno.

En la pila, el catalizador y la membrana de intercambio de protones son los más caros, y el coste de ambos asciende a 50%. Entre ellos, el platino es un catalizador esencial en las pilas de combustible de hidrógeno.

Debido a la escasez y al elevado precio de los recursos de platino, el coste de la pila es relativamente alto. A juzgar por la situación actual, es difícil que los catalizadores consigan reducir costes mediante la producción en serie.

Aunque están apareciendo nuevos catalizadores, la mayoría se encuentran en fase de laboratorio y aún están lejos de su aplicación a gran escala.

● La tecnología de seguridad y gestión de los buques de pila de combustible de hidrógeno se queda atrás
El hidrógeno es inflamable, explosivo y propenso a la fragilización por hidrógeno en contacto prolongado con metales.

Estas características son uno de los factores clave que afectan a su aplicación comercial en el ámbito marino. En la actualidad, aunque la energía del hidrógeno se ha aplicado inicialmente en el transporte, la industria y otros campos, la seguridad del hidrógeno sigue siendo una cuestión importante que no puede ignorarse.

Aunque existen instituciones especiales para llevar a cabo investigaciones sobre la seguridad del hidrógeno, los reglamentos o normas existentes se limitan al nivel técnico y al ámbito de gestión local, y carecen de la suficiente sistematización.

Perspectivas de los buques de pila de combustible de hidrógeno

En la actualidad, los principales países del mundo se están centrando en promover la transformación de la energía de los buques en diferentes direcciones, como los motores de combustión interna y las pilas de combustible.

Llevar a cabo simultáneamente investigaciones sobre la aplicación de distintas fuentes de energía, como el combustible de hidrógeno, el combustible de amoníaco, el biocombustible y el GNL, en el ámbito de los buques.

En comparación con otros soluciones para bateríasLas pilas de combustible de hidrógeno se caracterizan por su alta eficiencia de conversión de energía, cero emisiones y ausencia de contaminación, y cuentan con una amplia experiencia de aplicación en el campo de la automoción. Son una solución importante para la transformación ecológica de los buques.

Aunque la exploración de las pilas de combustible de hidrógeno en el campo de los buques va por detrás de la de los vehículos. En la actualidad, sólo puede utilizarse como sistema de energía auxiliar, y su densidad de potencia y economía no pueden soportar la aplicación en grandes buques y buques oceánicos.

Pero en el futuro, con el rápido desarrollo de la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno, la reducción del coste de las baterías y la mejora gradual de los requisitos de protección medioambiental, su aplicación a gran escala en el campo de los buques tiene amplias perspectivas.

Se prevé que la capacidad del mercado mundial de pilas de combustible marinas sea de unos 160 GW. A juzgar por las inversiones y los esfuerzos de investigación y desarrollo de los principales países del mundo en pilas de combustible de hidrógeno, su desarrollo será más rápido en el futuro, y se espera que lidere la revolución en la sustitución de los sistemas de alimentación de los buques.