W ostatnim wydaniu Magazynu Elektromobilni.pl poruszyliśmy temat elektryfikacji transportu morskiego. Wskazywaliśmy jak istotnym obowiązkiem jest zmniejszenie jego emisji, albowiem należy przypomnieć, że transport statkami odpowiada za ok. 2,5% globalnej emisji gazów cieplarnianych. Przekłada się to na miliard ton dwutlenku węgla, który co roku trafia do atmosfery. Zobrazujmy to jeszcze dosadniej – pojedynczy, duży statek emituje tyle tlenku azotu, co 2 miliony samochodów. Kwestią napędu wodorowego wówczas się nie zajmowaliśmy, na to nadszedł czas teraz.
Wodór przyszłością sektora?
Choć stosowanie wodoru jako paliwa w żegludze morskiej jest jeszcze w fazie początkowej, istnieją obiecujące przesłanki, które sugerują, że może ono być kluczowym elementem transformacji sektora. Wykorzystanie wodoru jako paliwa oferuje potencjał dla niemal zerowej emisji dwutlenku węgla na całym cyklu jego „życia” – od produkcji do wykorzystania, co nazywane jest “well-to-wake”. Pomimo obiecujących perspektyw, istnieją jednak wyzwania, które trzeba pokonać. Niska gęstość energetyczna wodoru wymaga większych zbiorników na pokładzie statku, co może ograniczyć jego ładowność lub wymagać zmian w ich konstrukcji. Ponadto, koszt sprzętu do przechowywania i przetwarzania wodoru, jak również potrzeba rozwoju infrastruktury do jego dystrybucji, są kwestiami wymagającymi uwagi.
Obiecujące rokowania
Niemniej jednak, jak informuje raport „Potential of hydrogen as fuel for shipping”, opracowany przez European Maritime Safety Agency, istniejąca infrastruktura lądowa do produkcji i dystrybucji wodoru oraz rosnąca liczba inicjatyw badawczych i rozwojowych sugerują, że przyszłość statków zasilanych wodorem może być obiecująca. W szczególności, dla żeglugi bliskiego zasięgu, gdzie możliwe jest łatwiejsze zarządzanie infrastrukturą do tankowania wodoru, statki te mogą okazać się atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnych napędów. Pomimo obecnych wyzwań, wodór jako paliwo morskie ma duży potencjał, który może przyczynić się do dekarbonizacji przemysłu morskiego i osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju. Jednak sukces w tej dziedzinie będzie wymagał współpracy między sektorem publicznym a prywatnym, ciągłych inwestycji w badania i rozwój, oraz politycznego wsparcia dla ekologicznych innowacji.
Wodór, obecnie produkowany głównie z kopalnych nośników energii, jak gaz ziemny, przeżywa rewolucję. Przyszłość tego ekologicznego paliwa wydaje się kierować w stronę produkcji na większą skalę, wykorzystując energię odnawialną. Istnieje kilka metod wytwarzania “zielonego” wodoru, z których elektroliza wody, wykorzystująca odnawialną energię elektryczną, wydaje się być najbardziej obiecująca. To właśnie ta ścieżka produkcji wodorku, która opiera się na podziale czystej wody za pomocą energii elektrycznej, jest uważana za kluczową w dekarbonizacji wielu sektorów przemysłu. Obecnie jednak globalna produkcja zielonego wodoru wynosi zaledwie ułamek tego, co jest potrzebne, aby zaspokoić globalne zapotrzebowanie na energię. W obliczu ogromnych wymagań energetycznych świata, które sięgają równowartości 95 milionów ton wodoru rocznie, istnieje potrzeba szybkiego rozwoju i skalowania ekologicznej technologii produkcji. Tylko wtedy będzie on mógł rzeczywiście zrewolucjonizować światowy sektor energetyczny i przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych, również w transporcie morskim.
Kolejne wyzwania
Statki oceaniczne obecnie nie korzystają z wodoru jako głównego źródła napędu, choć niektóre statki przybrzeżne już wykorzystują to paliwo. Perspektywy wykorzystania wodoru w żegludze morskiej bliskiego zasięgu są jednak obiecujące. Mimo że istnieją wyzwania związane z magazynowaniem i dystrybucją, jak również kwestie techniczne związane z instalacją na statkach, potencjał wodoru jako ekologicznego paliwa jest szeroko rozpoznawany.
Kolejny wniosek wspomniany w ww. raporcie EMSA mówi o tym, że jednym z głównych wyzwań jest skuteczne przechowywanie wodoru na pokładzie. Przy niskiej gęstości magazynowania, zarówno sprężony gaz jak i ciekły wodór wymagają specjalistycznych i izolowanych zbiorników. Alternatywą mogą być nośniki wodoru, takie jak ciekłe organiczne nośniki wodoru (LOHC) lub amoniak, które są mniej kosztowne i łatwiejsze w transporcie. Jednakże, dostosowanie tych technologii do statków handlowych wymaga dalszych prac projektowych i technologicznych. Niemniej jednak, wodór oferuje niską emisję i wysoką wydajność spalania, co czyni go atrakcyjnym rozwiązaniem dla przyszłych systemów napędowych. Rozwój technologii, takich jak wychwytywanie dwutlenku węgla przed spalaniem, opiera się na dostępności zaawansowanych silników wodorowych i ogniw paliwowych. Chociaż obecny poziom gotowości technologicznej tych rozwiązań jest jeszcze niski, wstępne testy są obiecujące i mogą stanowić krok w kierunku bardziej ekologicznej żeglugi. W dłuższej perspektywie, technologie takie mogą nie tylko zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych, ale także przyczynić się do transformacji rynku materiałów, poprzez produkcję stałego CO2 zamiast jego ciekłej formy. To otwiera możliwości zarówno dla ekologicznych innowacji, jak i potencjalnego dochodu. W rezultacie, rozwój silników wodorowych może przyspieszyć, co może zmienić krajobraz napędów w przemyśle morskim.
Obecnie dla statków dalekobieżnych napędzanych wodorem znaczącą przeszkodą jest również całkowity koszt posiadania (TCO). Przykłady promów Ro-Pax i Ro-Ro pokazują, że TCO dla zielonego wodoru będzie około trzykrotnie wyższy niż dla tradycyjnych paliw w 2030 roku i nawet o 20-30% w roku 2050. Dla statków zasilanych niebieskim wodorem, gdzie emisje CO2 są wychwytywane i przetwarzane, TCO w 2030 roku może być nawet dwukrotnie wyższy, a w 2050 roku może osiągnąć równowartość. W sytuacji braku kosztów emisji CO2, TCO dla statków napędzanych zielonym wodorem może pozostać nawet czterokrotnie wyższy niż dla tradycyjnych napędów.
Pierwszy wodorowy prom
Jak w przypadku wielu innych nowatorskich rozwiązań z dziedziny zrównoważonego transportu, prym również wiedzie Norwegia. Norled AS, jedna z czołowych firm w Norwegii specjalizujących się w transporcie morskim, podjęła rewolucyjny krok w kierunku ekologicznego napędu wodorem. Ich prom pasażersko-samochodowy, MF Hydra, jest pierwszym tego rodzaju statkiem zasilanym ciekłym wodorem. Wyposażony w moduły ogniw paliwowych FCwave 200 kW od firmy Ballard, statek wszedł do służby na początku roku 2023 po uzyskaniu zatwierdzenia od Norweskiego Urzędu Morskiego (NMA). Norled AS, mając ambitny cel osiągnięcia zerowej emisji netto do 2040 roku, konsekwentnie odnawia swoją flotę i zwiększa udział statków o niskiej lub zerowej emisji. Rozpoczęli to już w 2015 roku, wprowadzając na rynek pierwszy elektryczny prom samochodowy, MF Ampere, co zapoczątkowało rewolucję elektrycznych promów w Norwegii.
W 2018 roku firma wygrała przetarg na budowę bezemisyjnego promu pasażersko-samochodowego zasilanego wodorem i ogniwami paliwowymi. Projektem tym kierowała firma Ballard, a współpracowali z nią m.in. SEAM, LMG Marin, stocznie Westcon i Linde. Pomimo braku konkretnych przepisów, dzięki ścisłej współpracy z Norweskim Urzędem Morskim i DNV, udało się ustanowić pierwsze przepisy dotyczące napędu wodorowego dla branży. W marcu 2023 roku MF Hydra wyruszyła w swoją debiutancką podróż jako pierwszy na świecie prom pasażersko-samochodowy zasilany ciekłym wodorem. Statek może pomieścić do 295 pasażerów, 8 członków załogi i 80 pojazdów, obsługując trasę Hjelmeland-Skipavik-Nesvik w Norwegii.
Są konkretne plany
Jednymi z pierwszych wodorowych jednostek pływających są dwa 135-metrowe kontenerowce, które kursować mają pomiędzy Rotterdamem a Oslo. Statki będą pływać w barwach Samskip, firmy mocno naciskającej na uczynienie swojej floty zeroemisyjną. Nieprzypadkowe jest to, że będą pływać akurat na kursach z Rotterdamu, albowiem Niderlandy należą do grona nielicznych, których flota generuje ponad 1 milion ton ekwiwalentu CO2 w skali miesiąca. Jest to jeden z pierwszych kroków w stronę realizacji postulatów Międzynarodowej Organizacji Morskiej (IMO), która oczekuje, że transport morski do 2050 roku stanie się zeroemisyjny, a do 2030 roku zmniejszy średnią emisję CO2 o 40 proc. w stosunku do poziomów z 2008 r. Samskip kalkuluje, że każda z jednostek wyemituje 25 tys. ton CO2 mniej w skali roku niż analogicznych rozmiarów statek z napędem konwencjonalnym. W przypadku kontenerowców Samskip jest też polski akcent – zdalne systemy diagnostyki, które mają być na nich zamontowane, są rozwijane w Korporacyjnym Centrum Technologicznym ABB w Krakowie.
– Ze względu na niską gęstość mocy w odniesieniu do objętości wodoru, trasy takich jednostek morskich nie mogą być długie. Ponadto wodór ciekły musi być przechowywany w bardzo niskiej temperaturze -253 °C, a sprężony wymaga ciśnienia 700 barów. Obie technologie przechowywania wodoru są niewspółmiernie drogie w stosunku do innych paliw okrętowych. Wydaje się, że za kilka lat jednostki oceaniczne będą spalać amoniak czy metanol, czyli paliwa o znacznie większej gęstości mocy” – powiedział Witold Ciesielski z ABB Marine & Ports. -Obecnie również w polskich biurach konstrukcyjnych realizowanych jest wiele projektów typu ‘hydrogen-ready’. To statki, które już na etapie projektu dostosowuje się do zastosowań wodorowych w przyszłości – dodał Ciesielski.
Perspektywy wykorzystania technologii wodorowych w transporcie morskim rosną również w Polsce. Jednakże, aby wprowadzić statki z napędem wodorowym na krajowe połączenia, konieczne jest zaangażowanie operatorów statków, zarządów portów oraz firm obsługujących usługi portowe. Taki wniosek płynie z dyskusji prowadzonej podczas panelu “Wodór w transporcie morskim: perspektywy, wyzwania i innowacje – od projektu do pierwszego rejsu”. Panel odbył się podczas 6. konferencji wodorowej PCHET w Gdyni, gdzie poruszano kwestie związane z potencjałem wdrażania technologii wodorowych w Polsce. Decyzja o wprowadzeniu statków z napędem wodorowym na krajowe trasy w 2040 roku zależy od działań Pomorzan, którzy mogą decydować o połączeniach takich jak Gdynia – Hel, Świnoujście – Szczecin czy Gdańsk – Elbląg, oraz o statkach obsługujących porty oraz instalacje morskiej energetyki wiatrowej. Potencjał do rozwoju technologii wodorowych w naszym kraju potwierdzają wydarzenia takie jak spotkanie producentów lokomotywy wodorowej PESA z partnerami z Norwegii podczas targów Nor Shipping w Gdyni. Ponadto, wyjątkowym wydarzeniem było również ochrzczenie 6-metrowej jednostki “Cicha Moc” podczas Żagli 2023 w Szczecinie. Łódź rekreacyjna ta jest wyposażona w kompaktowe ogniwo wodorowe opracowane przez firmę mPower, co czyni ją przykładem innowacyjnego i ekologicznego podejścia do żeglugi.
Wszystkie przytoczone przykłady potwierdzają, że wodór stał się jedną z kluczowych pozycji w planie reform transportu morskiego. Choć na razie nie jest to rozwiązanie optymalne i jest wiele przeszkód na drodze rozwoju zrównoważonej klimatycznie, wodorowej żeglugi, to istnieją ambitne plany, których wcielenie w życie jest tylko kwestią czasu.
Maksym Berger
