由26家領(lǐng)先企業(yè)和協(xié)會組成的聯(lián)合體發(fā)布了關(guān)于氫燃料船舶的手冊,闡述了圍繞船用氫燃料最為緊迫的問題。以下是這項由DNV牽頭的MarHySafe項目的關(guān)鍵要點。
綠色氫可以在航運業(yè)的脫碳道路中發(fā)揮關(guān)鍵作用。由電解產(chǎn)生的氫氣沒有碳排放,未來可能在全球廣泛應用,用作船用燃料或合成燃料的關(guān)鍵促成劑。航運業(yè)中很多人認識到氫的潛力,但實現(xiàn)氫氣技術(shù)存在巨大障礙。經(jīng)DNV牽頭、由26家合作伙伴和觀察員組成的聯(lián)合體集合在MarHySafe聯(lián)合開發(fā)項目(JDP)下,以應對氫氣運營中的安全性和法規(guī)方面的主要挑戰(zhàn)。項目一期已經(jīng)結(jié)束,聯(lián)合體發(fā)布了《氫燃料船舶手冊》,為使用燃料電池開展安全氫操作提供了路線圖。在MarHySafe二期項目進展中,該手冊還將持續(xù)更新。以下是目前為止總結(jié)的五大經(jīng)驗。
知識空白:在氫裝卸、儲存和加注的安全方面需要開展更多測試
測試和建模都需要根據(jù)氫的獨特特性及安全考量予以完善。關(guān)于低溫氫(LH2)的特性以及爆炸發(fā)生的閾值都存在不確定性?!笆芘餐驳缆饭芾砭值奈校覀冊谖挥谟?/font>DNV Spadeadam研究測試中心開展了關(guān)于低溫(液態(tài))氫的實驗,為該手冊提供了寶貴的結(jié)論”,DNV定量分析高級資深專家Asmund Huser說。
“這些實驗為LH2在帶密閉處所的典型船舶設(shè)計以及加注過程中的泄漏場景表現(xiàn)提供了重要的知識,為海上氫布置設(shè)計中的緩解措施增強了信心”,挪威海事局綠色航運創(chuàng)新與新技術(shù)負責人Kolbj?rn Berge表示。
一個關(guān)鍵要點是未來的建模需要更好地考慮泄漏時的爆炸風險。“例如在一個大房間里,高速噴射的氫釋放可能不會均勻擴散。這種非均質(zhì)擴散可能導致氫氣聚集,這種氣團的爆炸風險更大。為了避免這種風險,我們需要嚴格的安全措施”,Asmund Huser解釋。這些處所應該有怎樣的尺寸和布局?風扇、通風井或探測器需要安裝在哪些位置?如果發(fā)生泄漏,這些設(shè)計考量可能帶來完全不同的結(jié)果。當該行業(yè)進入規(guī)模化發(fā)展時,需要有專門的大型測試。
安全性:氫的獨特特性與天然氣截然不同
與天然氣打交道的經(jīng)驗對于航運業(yè)中開始運作氫氣非常有用。但不同的燃料類型之間存在著顯著差異,部分船上用于天然氣的配置可能對于使用氫氣來說存在危險。這是因為氫氣的獨特特性:氫是所有原子中最輕的一種,加大了容納難度,而且會使那些可安全用于天然氣的材料發(fā)生脆化。例如,氫氣需要特定類型的鋼材和焊接接頭,而不僅僅是配件。氫氣也比天然氣易燃,其可燃范圍更大。“大部分有望在船上落地的氫技術(shù)已經(jīng)在其他領(lǐng)域得到應用,例如汽車、卡車與其他類型的陸上運輸和儲存。所以,我們并非從零開始。部分挑戰(zhàn)包括把技術(shù)調(diào)整為適合海上環(huán)境,并且確保其在多變的環(huán)境條件、更小的處所以及人員疏散難度大于陸地的情況下仍能安全使用”,DNV資深環(huán)境咨詢顧問兼MarHySafe一期項目經(jīng)理Gerd Petra Haugom指出。
燃料系統(tǒng):盡可能使用純氫形態(tài)
可以通過內(nèi)燃機為船舶提供氫動力,也可將氫與其他燃料混合或者儲存在液態(tài)有機溶劑或者氨中。氫氣產(chǎn)生能量的最常見、最環(huán)保方式是使用氫燃料電池。這也是MarHySafe項目的重點之一。價值鏈中的每個能量轉(zhuǎn)換步驟都意味著能量損失。在沿海和近洋運輸中,當電池供電方案無法實現(xiàn)時,例如當?shù)仉娋W(wǎng)容量不足,氫尤其適合作為延長航線覆蓋和補充燃料方案。盡可能直接利用氫氣可以減少氫轉(zhuǎn)化為其他燃料過程中的能量損失,是打造零排放價值鏈的優(yōu)選方案。
框架:替代設(shè)計流程是目前的最佳途徑
替代設(shè)計流程是一種基于風險的審批流程,適用于無法得到現(xiàn)有規(guī)定批準且需要優(yōu)化安全性的新型船舶設(shè)計。該流程符合SOLAS第II-2章,并且包含在《IMO替代和等效的批準導則》(MSC.1/Circ. 1455)中。批準的評估符合《使用氣體或其他低閃點燃料船舶國際安全規(guī)則》(IFG Code, Part A)的目標和功能要求?!疤娲O(shè)計流程需要在引領(lǐng)技術(shù)開發(fā)的項目方面開展大量工作。項目業(yè)主必須積極展示,如何通過應用基于風險的設(shè)計來管理設(shè)計中的危險及后果,而不是被動地去合規(guī)。這看起來可能困難重重,但這是我們目前實現(xiàn)項目落地的最佳工具了”,DNV海事管系和替代燃料高級工程師Mónica álvarez Cardozo說,“氫是新環(huán)境中的新技術(shù),因此需要基于風險的設(shè)計流程來保障人員、財產(chǎn)和環(huán)境的安全?!?MarHySafe手冊詳細地審查了替代設(shè)計流程,其闡釋可滿足船旗國的不同預期,并為如何盡可能高效地滿足要求提供指導意見。
“MarHySafe聯(lián)合開發(fā)項目的主要目的之一,是為未來制訂氫氣規(guī)范創(chuàng)建一個基礎(chǔ)知識庫”,Gerd Petra Haugom說。目前在起草規(guī)范方面還存在諸多知識空白,“但我們了解地更多,就離改變局面更近一步。在項目二期中,我們將對早期要求提出建議?!?/font>
實施:規(guī)模化氫運營將是一大挑戰(zhàn)
將氫燃料從陸上應用引入海事行業(yè)是不小的成就??紤]到IMO的監(jiān)管框架、船級社規(guī)范、船旗國和港口的不同解釋,至少來說,符合整體監(jiān)管環(huán)境還存在較大挑戰(zhàn)。MarHySafe手冊提供了監(jiān)管環(huán)境的綜合概述。“在缺少明確規(guī)范的情況下,行業(yè)開展合作并從現(xiàn)有項目中汲取經(jīng)驗就顯得格外重要。我們必須確保未來的任何要求都能考慮到所有必要的安全與運營環(huán)節(jié),確保這項技術(shù)可以大規(guī)模開發(fā)”,DNV高級環(huán)境咨詢顧問兼MarHySafe二期項目經(jīng)理Nathaniel Frithiof說。
(國際船舶網(wǎng))