氢动力船：未来已来？

本刊记者 刘颖

在海事界不断推进减排的大背景下，选择怎样的燃料实现清洁航运成了当前业界关注的热点。低硫燃油、液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）、电力、风力、生物燃料、甲醇和氢等可替代燃料中，既可用作动力系统燃料又有望完全实现零排放的为数不多，氢便是其中之一。去年至今，与氢动力船相关的项目频频出现。这种能源缘何颇受业界青睐？究其原因，是以往限制氢大范围商用的难题正在被逐一破解。

项目频频出现

去年以来相继出现的相关项目表明，船舶动力系统以氢为燃料的设想正从研究阶段进入实际应用阶段。去年7月，“Energy Observer”号从巴黎起航，开启了为期6年的环球之旅。该船是全球第一艘氢动力船，采用氢燃料电池系统，同时配有太阳能电池板和风力涡轮机。11月，维京游轮宣布开展液态氢动力邮轮项目，其一艘邮轮有望使用氢燃料电池，成为世界上首艘采用“零排放”技术的邮轮。同期，“Hydroville”号客船通过英国劳氏船级社(LR)认证，成为全球首艘安装柴油/氢双燃料发动机的客船。

今年6月，英国Ferguson Marine船厂宣布，将与其欧洲合作伙伴联合开发、建造全球首艘以可再生能源氢作为动力系统燃料的渡船“HySeas III”号。该船的氢燃料将由可再生电力生产，从而实现零排放；其运营地点为苏格兰的奥克尼群岛及周边地区，该地区已能够利用可再生能源生产氢。同月，美国Golden Gate Zero Emission Marine（GGZEM）公司称其已获得加利福尼亚大气资源局300万美元的资助，由Bay Ship and Yacht公司为其建造美国首艘氢燃料电池客船“Water-Go-Round”号。该船同样可完全实现零排放，燃料加注可在任意地点通过卡车进行。

多个难题待解

业界专家表示，氢要用作较大型或航程较远的船舶的燃料，则使用量决定了其无法以压缩氢气的方式“上船”，而是以液化氢（LH2）的形式存于储罐中，再通过氢燃料电池为船舶提供动力。而氢的化学特性，导致其在航运业大规模商用还存在储存、加注、使用成本及相关法规等多个待解难题。

据DNV GL可替代燃料业务总监Gerd Michael Wuersig等业界专家介绍，与液化天然气（LNG）相比，液化氢的储存难度更大。天然气的液化温度为-163摄氏度，而氢的液化温度低至-253摄氏度；在一个中等大小的储罐中，LNG每天大约因气化而损失0.2%，液化氢的气化损失量可达5%；氢极易爆炸，一旦泄漏非常危险。不仅如此，液化氢的能量密度较LNG更低，仅为后者的40%左右。这意味着，与LNG相比，其储罐的面积要大得多；与此同时，大型或远洋船舶的氢燃料电池也体积过大，这对于货船而言显然不是一个理想选择。

在价格方面，目前陆上车用氢加注站的建设成本已经不低，则此前LNG加注难的问题同样可能会困扰氢加注。此外，船舶若要实现零排放，则其氢燃料应是通过利用可再生能源等环保方式生产的氢，其价格是否有市场竞争力还有待观察。

最后，在安全性方面，相关法规是否健全也是待解问题。

答案呼之欲出

去年以来，随着多个相关项目的开展，上述问题的答案已经呼之欲出。

在氢储存方面，今年7月，ABB和Ballard电力系统公司宣布，双方将针对海事市场合作开发兆瓦级质子交换膜（PEM）燃料电池动力系统。这种氢燃料电池系统通过电化学反应，将化学能从氢转化为电力、热能和清洁水，适用于大型船舶，不仅可在船舶靠港时为其提供电力，更可为船舶在航行时提供主要推进力。更值得关注的是，该系统尽管发电能力可达3兆瓦，但可安装在一个尺寸不大于传统船用发动机的模块内。而在今年9月举办的28届汉堡海事展（SMM）上，荷兰Port Liner公司与H2-Industries SE公司发布消息称，双方将基于革命性的有机储氢技术，开发和建造全电力推进船舶。该技术可将氢储存在有机介质中，需要时再将氢从介质中释放，用于在燃料电池中发电，进而供给为船舶提供动力的电机。这种方案具有安全、容量及能量密度大的特点，其有机储氢介质储罐储存的能量超过20倍同等体积的电池，能够满足船舶长距离航行的需求。可以预见，随着上述项目的开展，氢燃料电池、存储系统体积过大的问题将得以解决。

在氢加注方面，业界若借鉴LNG通过小型船舶加注的方式，则川崎重工已经给出了解决方案。目前该公司已研发出小型及大型液化氢运输船，其神户工厂建造的液化氢运输船将于明年9月下水。这意味着，氢能够以经济上可行且环保的方法并输送到加注地。此外，去年4月，瑞典PowerCell公司、挪威Hexagon Composites公司以及Nel公司成立的合资企业发起了氢技术集成项目，该项目旨在将各参与方的技术有效集成并优化，为用户提供从氢原料生产、储存、配送到利用燃料电池发电的一站式服务。

在使用成本方面，去年12月，总部位于美国纽约的 Columbia Engineering称其已研发成功一种可生产氢的浮式太阳能燃料钻探装置。这种装置使用太阳能光伏电力，无需泵或膜就能进行水电解，产生纯度高达99%的氢，且不会产生任何相关的二氧化碳排放。这意味着，该装置可环保、持续、低成本地生产氢。在此基础上，研究人员还将继续优化设计，以使该装置在海水中更高效地工作，并通过模块化设计进一步提升其产能。

在相关法规方面，为满足对不断增长的液化氢运输需求，国际海事组织（IMO）曾给出了其批量运输的临时建议。据此，日本海事协会（NK）于去年4月发布了液化氢运输船安全建造运营导则，填补了这一领域的海事法规空白。此外，本届汉堡海事展上，中国船级社（CCS）基于其氢燃料储存、供应及燃料电池应用安全研究，发布了《船舶应用替代燃料指南》，表示未来可根据船舶使用燃料电池的供电范围，为其授予FC-FULL、FCPOWER 1、FC-POWER 2三种不同附加标志。★