Développement des piles à hydrogène dans le domaine des navires
Alors que le monde s'oriente vers un avenir plus vert, le secteur du transport maritime explore également de nouveaux moyens de réduire son empreinte carbone.
Une solution prometteuse est l'utilisation de piles à hydrogène pour la propulsion des navires. Bien que l'utilisation des piles à hydrogène dans les navires soit moins répandue que dans les véhicules, les principaux pays du monde s'efforcent de promouvoir la transformation de la propulsion des navires.
Dans cet article, nous examinerons l'état actuel de la technologie des piles à hydrogène dans le secteur du transport maritime, les défis auxquels son développement est confronté et ses perspectives d'avenir.
Qu'est-ce qu'une pile à hydrogène ?
Une pile à hydrogène est un dispositif de production d'énergie qui convertit directement l'énergie chimique de son propre combustible hydrogène et de son oxydant en énergie électrique par le biais d'une réaction électrochimique.
Il présente les avantages d'une grande efficacité de conversion de l'énergie, d'une densité énergétique élevée, de faibles vibrations et bruits, et d'une absence totale d'émissions.
En outre, l'hydrogène est une source d'énergie renouvelable, qui peut être obtenue en produisant de l'hydrogène à partir d'énergies vertes telles que l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie potentielle de l'eau et l'énergie de la biomasse.
L'application de la technologie de propulsion par pile à hydrogène sur les navires permet d'obtenir une efficacité énergétique, des émissions nulles et un confort accru.
Comme le lithium batterie du moteur de pêche à la traîneLes piles à combustible à hydrogène sont également des dispositifs de propulsion idéaux pour les navires écologiques, tout en répondant aux besoins du marché des navires écologiques et respectueux de l'environnement.
Application de la pile à hydrogène marine
Les pays et régions avancés tels que l'Union européenne, l'Allemagne, les États-Unis, la Norvège et le Japon sont en position de leader dans le domaine de la technologie de propulsion marine par pile à hydrogène.
Ils ont réalisé la démonstration et l'application de dispositifs de propulsion à pile à hydrogène marine, et sont entrés dans la phase de promotion et d'application.
L'Union européenne : En 2007, la Commission a financé le projet ZEMships, premier navire commercial de transport de passagers au monde. Le navire adopte une méthode de propulsion hybride, intègre deux piles à combustible à hydrogène d'une puissance de pointe de 48 kW et une batterie au plomb de 560 V, et peut transporter 100 passagers.
Allemagne : En 2008, le bateau de croisière à pile à hydrogène "Alsterwasser", d'une capacité de 100 passagers, a été mis au point. Il utilise un dispositif de propulsion à pile à hydrogène comme principal moyen de propulsion, d'une puissance de 100 kW et d'une vitesse maximale de 14 km/h. Il peut actuellement transporter plus de 14 000 passagers. Il peut actuellement transporter plus de 14 000 passagers.
France : Le navire "Energy Observer", propulsé à l'hydrogène, au vent et à la lumière, a été construit en 2017. Il mesure 30 mètres de long, pèse 20 tonnes et utilise un système de pile à hydrogène de 22 kW.
Pays-Bas : En 2009, un "FuelCellBoatAmsterdam" de 100 passagers a été construit pour le tourisme sur les canaux. Le bateau est équipé d'un système de pile à combustible à hydrogène de 60-70 kW, utilise de l'hydrogène à haute pression pour fournir du carburant hydrogène et peut naviguer à une vitesse de 7 nœuds (1 nœud = 1nmile/h) pendant 9 heures.
États-Unis : A annoncé le 25 juin 2018 que le premier ferry à pile à hydrogène sera construit dans la région du Golfe. Le ferry transporte 84 passagers, avec une puissance de propulsion électrique de 2×300kW, une longueur de 21m, une coque en aluminium, et une vitesse de 22 nœuds.
Norvège : En 2009, en coopération avec le groupe Wartsila et la société de classification MTU, elle a mis au point le célèbre navire de ravitaillement en mer à pile à hydrogène "VikingLady".
La puissance du système de pile à hydrogène est de 320 kW, son rendement n'est pas inférieur à celui de la pile à combustible. pile ternaire au lithium. Il s'agit du premier navire technique à pile à hydrogène au monde mis en service.
Japon : En 2015, le premier bateau de pêche à pile à hydrogène a été mis à l'eau pour des essais en mer. Le bateau de pêche a une longueur totale de 12,5 m, peut accueillir 12 personnes, peut transporter 450 litres de carburant hydrogène et a une vitesse maximale de 37 km/h.
Problèmes rencontrés dans le développement des navires à pile à hydrogène
● La technologie de stockage de l'hydrogène marin a besoin d'une percée
La quantité d'hydrogène transportée par le système de stockage de l'hydrogène détermine l'endurance du navire à pile à hydrogène.
Pour les navires de haute mer, les exigences relatives au système de stockage de l'hydrogène sont plus élevées, et la densité énergétique de l'hydrogène doit être plus importante.
Actuellement, les méthodes de stockage de l'hydrogène comprennent principalement le stockage de l'hydrogène gazeux à haute pression, le stockage de l'hydrogène liquéfié à basse température, le stockage de l'hydrogène des hydrures métalliques et le stockage de l'hydrogène des composés organiques liquides.
Le réservoir de stockage d'hydrogène à haute pression est principalement constitué de métal, et le contact à long terme avec l'hydrogène augmente le risque de fragilisation du matériau par l'hydrogène.
En ce qui concerne le ravitaillement en hydrogène, il existe actuellement peu de ports dédiés au ravitaillement en hydrogène des navires dans le monde, et les installations de soutien au ravitaillement en hydrogène doivent encore être améliorées.
● Les piles à combustible sont coûteuses
Semblable à batterie marine lithium-ionLe coût des batteries a toujours existé. La pile électrique est l'élément central qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique, et son coût représente environ 60% du coût total des piles à hydrogène.
Dans la pile, le catalyseur et la membrane d'échange de protons sont les plus coûteux, et le coût des deux représente jusqu'à 50%. Parmi eux, le platine est un catalyseur essentiel dans les piles à hydrogène, et son statut de catalyseur de pile à hydrogène est irremplaçable à court terme.
En raison de la rareté et du prix élevé des ressources en platine, le coût de la pile est relativement élevé. À en juger par la situation actuelle, il est difficile pour les catalyseurs de réduire les coûts par une production de masse.
Bien que de nouveaux catalyseurs voient le jour, la plupart d'entre eux sont au stade du laboratoire et sont encore loin d'une application à grande échelle.
● La technologie de sécurité et de gestion des navires à pile à hydrogène est à la traîne
L'hydrogène est inflammable, explosif et sujet à la fragilisation par l'hydrogène en cas de contact prolongé avec des métaux.
Ces caractéristiques sont l'un des facteurs clés qui influencent son application commerciale dans le domaine maritime. À l'heure actuelle, bien que l'énergie hydrogène ait été initialement appliquée aux transports, à l'industrie et à d'autres domaines, la sécurité de l'hydrogène reste un problème majeur que l'on ne peut ignorer.
Bien qu'il existe des institutions spécialisées dans la recherche sur la sécurité de l'hydrogène, les réglementations ou normes existantes se limitent au niveau technique et au champ d'application de la gestion locale, et ne sont pas suffisamment systématisées.
Perspectives pour les navires à pile à hydrogène
Aujourd'hui, les principaux pays du monde se concentrent sur la promotion de la transformation de l'énergie des navires dans différentes directions, telles que les moteurs à combustion interne et les piles à combustible.
Mener simultanément des recherches sur l'application de différentes sources d'énergie telles que l'hydrogène, l'ammoniac, les biocarburants et le GNL dans le domaine des navires.
Par rapport à d'autres solutions pour les batteriesLes piles à combustible à hydrogène présentent les caractéristiques suivantes : rendement élevé de la conversion énergétique, absence d'émissions et de pollution, et ont une riche expérience d'application dans le domaine automobile. Elles constituent une solution importante pour la transformation écologique des navires.
Bien que l'exploration des piles à hydrogène dans le domaine des navires soit à la traîne par rapport à celle des véhicules, elle ne peut être utilisée que comme système d'alimentation auxiliaire. À l'heure actuelle, elle ne peut être utilisée que comme système d'alimentation auxiliaire, et sa densité de puissance et sa rentabilité ne permettent pas de l'appliquer aux grands navires et aux navires de haute mer.
Mais à l'avenir, avec le développement rapide de la technologie des piles à hydrogène, la réduction du coût des batteries et l'amélioration progressive des exigences en matière de protection de l'environnement, son application à grande échelle dans le domaine des navires offre de vastes perspectives.
On prévoit que la capacité du marché mondial des piles à combustible marines est d'environ 160 GW. À en juger par les investissements et les efforts de recherche et développement des principaux pays du monde dans le domaine des piles à combustible à hydrogène, le développement de ces dernières sera plus rapide à l'avenir, et on s'attend à ce qu'elles mènent la révolution dans le remplacement des systèmes d'alimentation des navires.
