阿兹慕Seadeck6
一些游艇制造商走在了碳曲线的前面:Greenline自年以来一直在建造混合动力游艇,使用船上柴油机和电动机进行推进,并在船锚处使用太阳能电池进行被动充电。电动机主要用于短程、低速巡航,柴油机可用于充电和更快的通行。意大利阿兹慕表示,其新的Seadeck系列混合动力游艇将在一年的平均使用时间内减少40%的二氧化碳排放,包括巡航和锚泊时间。MassimoPerotti
意大利圣劳伦佐的首席执行官正在建造一艘游艇,其电力系统将由超高效(且清洁)的甲醇燃料电池提供电力。甲醇是最容易获得的替代船用燃料之一。
没有免费的午餐航运业也在努力减少排放。年,国际海事组织制定了强制性措施,以减少船舶的温室气体排放,这些船舶传统上燃烧高硫、糖蜜般粘稠的燃油,这是可以想象到的最脏的东西。目标是到年二氧化碳排放量比年减少40%,到年减少70%,温室气体总排放量减少50%。实现这一目标的一种方法是用使用可持续能源的可持续原料(可以用作燃料或转化为燃料的有机材料)生产的生物燃料取代碳氢化合物燃料。生物燃料生产需要能源,并排放温室气体,数量取决于燃料的制造方式,有许多种方法,使用不同的原料和能源。但提炼原油需要能源,也会产生污染物。因此,目标是全面减少从生物燃料生产到消费的温室气体,而不是提取、提炼和燃烧化石燃料以生产类似数量的能源所产生的温室气体。(说到能源,没有免费午餐。当整个社区同时插上电动汽车时,将燃烧多少额外的燃料和产生多少额外的温室气体来满足电力需求?理想情况下,它仍将大大低于化石燃料驱动的汽车产生的温室气体排放量。)
生物柴油和乙醇是大多数人熟悉的生物燃料,但甲醇也是一种相对清洁的能源。根据美国能源部的说法,相对于其他替代燃料,甲醇的生产成本相当低,比汽油更不易燃,可以从各种有机原料中生产。在燃料电池中,甲醇不燃烧,而是通过电解来发电。“它也是市场上最容易获得的(生物)燃料之一,在大约个港口有供应,”圣洛伦佐的一位研发工程师说。圣洛伦佐正计划在意大利斯佩齐亚造船厂建造一款名为50Steel的新船型,并于年下水。这艘英尺长的游艇将携带一组甲醇燃料电池,为所有的“酒店”系统提供电力——基本上除了推进系统之外的一切。这艘创新游艇的客户是圣洛伦佐的首席执行官MassimoPerotti。
不用点火的能量燃料电池通过电流作用发电,类似于电池的工作方式,但燃料电池不是储存和释放电电子,而是从燃料(通常是氢)中产生电子流。与电池一样,燃料电池有阳极和阴极,由类似于塑料薄膜的聚合物电解质膜(PEM)分隔。当氢被引入阳极侧时,催化剂(通常是阳极上的铂涂层)促进氢原子分裂成质子和电子。聚合物电解质膜允许质子通过到达阴极,但电子必须通过导线从电池的一侧到达另一侧。在途中,他们为电路中的所有电器供电。一旦电子到达阴极,它们就会与质子重新结合,并与大气中的氧气结合形成水分子。因此,水是燃料电池的唯一副产品,使其成为一种非常清洁的能源。那么你从哪里得到氢呢?虽然氢是宇宙中最丰富的元素,但它很少单独存在;你必须从其他化合物中提取氢——通过正确的技术,你可以从水中电解出氢。或者你也可以从甲醇中获得:一个重整燃料电池,像西门子能源公司为圣劳伦佐设计的那样,从甲醇、碳和氧的其他成分中分离出氢;只有氢离子会通过燃料电池。碳和氧以二氧化碳的形式排放,所以这种燃料电池不如纯氢燃料电池清洁。然而,产生的二氧化碳量远远少于化石燃料发电机产生相同电量的废气量。圣劳伦佐的工程师说:“在燃料电池产生能量的同时,重整器将甲醇转化为氢气。”“这避免了船内有游离的(爆炸性的)氢气。氢已经存在于燃料电池组件中。”一些重整器燃料电池在高温下运行,有些甚至使用蒸汽来分解甲醇,但由Advent技术公司制造的圣劳伦佐模块在常压下运行,仅略高于环境温度。“不存在与高温或高压相关的特殊安全问题。”(截至发稿时,该系统正在接受劳氏船级社进行的风险分析程序,以验证安装情况。)氢是一种极好的零污染燃料,但它很少自然生成,必须在极高的压力下储存和运输。解决这一难题的一个办法是通过甲醇重整燃料电池提取氢气,这种电池可以产生大量的电力。循环水圣劳伦佐的燃料电池系统将由20个模块组成,总发电功率为千瓦。该公司工程师表示,这将足以满足50Steel的能源需求。“电池产生的能量不会储存,而是立即使用。船上有容量约为千瓦时(约7辆特斯拉)的锂离子电池,但它们只用于缓冲峰值能量需求。”50Steel将携带加仑甲醇,当与60/40比例的蒸馏水混合时,足以满负荷运行约一周。水是为重整器燃料电池提供燃料的必要成分。水和甲醇都必须绝对清洁——任何污染都会降低燃料电池的性能并缩短其寿命。重整器产生的水蒸气将通过冷凝器,并在燃料电池中重复使用。因此,水也不会被排放到船外。
与储存在高达10,psi压力下的氢气不同,液态甲醇在常规储罐中可以在常压下安全运输。“然这是一种可以比作汽油或柴油的燃料,”圣劳伦佐的工程师说,“但它需要一个与普通油箱不同的专用燃料箱,目前的法规对其进行了不同的分类。”圣劳伦佐正在进行改装甲醇罐的研究,以便在50Steel型号上使用。像50Steel这样的项目能拯救地球吗?似乎不可能。要净化大气,光靠甲醇重整、电动汽车和氢动力汽车是远远不够的。即使我们今天都放弃内燃机,在地球看到明显的改善之前,你和我也将在冥河上驾船。但这是我们子孙后代未来的一个开始,也许它会激励其他建造者,尤其是那些经营小型游艇的建造者,采取类似的措施。这不会有什么坏处,对吧?甲醇用于推进装置
甲醇重整器不仅仅是为船舶系统提供动力;它们也可以用来旋转螺旋桨。西雅图的ElliottBay设计集团为路易斯安那州MaritimePartners伴设计了一艘带有甲醇重整器推进装置的拖船。ElliottBay表示,“HydrogenOne”号是海事行业第一艘符合IMO标准的远程拖船。(IMO标准代表二氧化碳排放量比年减少40%。)世界首艘甲醇燃料拖船计划在今年下水
这艘90英尺长的拖船由俄勒冈州本德市的e1Marine设计重整技术,船上的燃料电池可以连续产生马力,足以在加注燃料前以5.5节的速度行驶4天,即海里。最高时速刚刚超过8.5公里。这听起来不像动力和摩托艇的标准,但请记住:这是在推动装满货物的驳船的时候。锂离子电池也可以联机长达六个小时,以在需要时大幅提高马力,一台传统的千瓦卡特彼勒发电机组为它们充电。ABBMarinePorts设计了一套电源管理系统,可以根据需要分配电力和自动化。根据ElliottBay设计集团的说法,与类似输出的柴油发电机相比,重整器燃料电池消耗的能量减少约35%,产生的二氧化碳少28%,并且颗粒物、一氧化二氮和氧化硫排放为零。它“非常适合任何需要长时间持续供电的船只,包括工作船和中程客船。”只要有可靠的甲醇来源,它也可能为沿海巡航的拖网渔船提供不错的无柴油动力。