Specjalne ogniwa paliwowe wspomogą transport morski

Amoniak stosowany jako paliwo do statków z silnikami elektrycznymi jest tak samo ekologiczny jak wodór, ale łatwiejszy i bezpieczniejszy w obsłudze.

Każdego roku transport morski emituje setki milionów ton dwutlenku węgla, a tym samym powoduje poważne szkody dla klimatu. Powszechnie naukowcy na całym świecie testują nowe metody napędu, które mogą zastąpić olej napędowy w statkach. Naukowcy z Fraunhofer w ramach międzynarodowego konsorcjum pracują zaś nad opracowaniem ogniw paliwowych na bazie amoniaku. Amoniak stosowany jako paliwo do statków z silnikami elektrycznymi jest z jednej strony tak samo ekologiczny jak wodór, a z drugiej – łatwiejszy i bezpieczniejszy w obsłudze.

Działanie to jest istotne, ponieważ transport morski stanowi główny czynnik przekładający się na kwestię emisji gazów cieplarnianych. Według informacji Niemieckiej Agencji Środowiska (UBA) ten rodzaj komunikacji na oceanach odpowiada obecnie za około 2,6% globalnej emisji CO2 – w 2015 r. wyemitowano około 932 mln ton CO2, a liczba ta rośnie z każdym rokiem. To sprawia, że pilnie potrzebne są środki zaradcze.

Projekt ShipFC ma na celu udowodnienie, że nowa bezemisyjna technologia napędu działa bezpiecznie, niezawodnie i płynnie, nawet na dużych statkach uczestniczących w długich rejsach. Projekt ten koordynuje NCE Maritime Cleantech z Norwegii – organizacja, której celem jest rozwój przyjaznych dla środowiska technologii znajdujących zastosowanie w sektorze morskim.

Amoniak – jakie są jego zalety?

Znany jest przede wszystkim jako nawóz w rolnictwie. Może jednak pełnić również funkcję wysokiej jakości nośnika energii. Prof. Gunther Kolb, dyrektor Działu Energii i zastępca dyrektora Instytutu IMM, wyjaśnia, że amoniak ma znaczną przewagę nad wodorem. Wodór należy bowiem przechowywać w temperaturze -253 stopni Celsjusza w postaci cieczy lub pod ciśnieniem około 700 barów - w postaci gazu. Ciekły amoniak można przechowywać w rozsądnej temperaturze -33 stopni Celsjusza przy standardowym ciśnieniu i +20 stopni Celsjusza pod ciśnieniem 9 barów. To sprawia, że ​​przechowywanie i transport tego nośnika energii jest znacznie łatwiejsze i prostsze.

W jaki sposób działają ogniwo paliwowe i katalizator?

Proces wytwarzania energii elektrycznej z amoniaku przebiega podobnie jak w elektrowniach wodorowych. Najpierw amoniak (NH3) trafia do reaktora, gdzie zostaje rozszczepiony na azot i wodór. Niewielka ilość amoniaku pozostaje w stanie nieprzekształconym.

Następnie azot i wodór wraz z powietrzem są wprowadzane do ogniwa paliwowego. W wyniku zachodzącej w ogniwie reakcji wytwarzana jest energia chemiczna przekształcana w energię elektryczną, a jej produktem ubocznym jest woda. Wodór nie jest jednak w pełni przetwarzany w ogniwie paliwowym – około 12% wodoru i resztki amoniaku trafiają do katalizatora opracowanego przez Fraunhofer IMM. W momencie kontaktu z falistą folią metalową pokrytą sproszkowaną warstwą cząstek katalitycznych zawierających platynę wywoływana jest kolejna reakcja chemiczna. Co istotne, optymalny proces nie spowoduje nawet powstania szkodliwych dla środowiska tlenków azotu.

Zespół badawczy IMM opracowuje również reaktor zawierający katalizator, który działa pasywnie. Reaktor kontroluje temperaturę i przepływ gazu, na przykład podgrzewa katalizator jeszcze przed uruchomieniem silników – ponieważ jest mniej wydajny, gdy jest zimny. Kolb wyjaśnia, że temperatura gazów przepływających przez katalizator powinna prawdopodobnie wynosić około 500 stopni Celsjusza, aby proces oczyszczania gazów odlotowych był jak najbardziej efektywny.

Badacze z Fraunhofer IMM mają wieloletnie doświadczenie w opracowywaniu reaktorów, w tym katalizatorów, do wielu różnych zastosowań w sektorze transportu i mobilności. Choć instytut z siedzibą w Moguncji ma dziewięć stanowisk testowych, oczyszczanie gazów odlotowych z amoniakalnych ogniw paliwowych o mocy 2 megawatów nadal jest wyzwaniem technologicznym.

Musimy dalej rozwijać naszą istniejącą technologię ogniw paliwowych zasilanych amoniakiem, a katalizator na statku jest oczywiście znacznie większy niż w zwykłym samochodzie – dodaje Kolb.

Na jakim etapie znajduje się projekt?

Zespół IMM planuje ukończenie wstępnego, niewielkiego prototypu do końca 2021 r., a następnie prototypu rzeczywistych rozmiarów – do końca roku 2022. Zakłada się, że w drugiej połowie 2023 r. pierwszy statek z ogniwem paliwowym zasilanym amoniakiem wypłynie na morze. Będzie to Viking Energy, jednostka zaopatrzeniowa należąca do norweskiego przedsiębiorstwa żeglugowego Eidesvik. Następnie w ogniwa paliwowe zasilane amoniakiem mają zostać wyposażone inne typy statków, np. statki towarowe.

Drzemiący potencjał w amoniaku

Amoniak dostarcza firma YARA, partner w konsorcjum ShipFC. Firma chemiczna produkuje obecnie jedną trzecią amoniaku używanego na całym świecie. Projekt ShipFC wykorzystuje „zielony” amoniak, czyli ten wytwarzany z odnawialnych źródeł energii.

ShipFC otwiera duże możliwości dla wcześniej niedocenianego nośnika energii. Gunther Kolb wyjaśnia, aby amoniaku nie postrzegać jako bezpośredniego konkurenta wodoru, lecz raczej jako dodatkową opcję w obszarze zrównoważonej energii. Dzięki zaletom przechowywania ta przyjazna dla środowiska technologia wytwarzania energii z pewnością ma do odegrania rolę, a używanie go na statkach to dopiero początek.

Potencjał amoniaku został również doceniony na szczeblu politycznym. Unia Europejska zapewniła bowiem 10 mln euro wsparcia finansowego na rzecz realizacji projektu ShipFC.

Źródło: Fraunhofer


MM Magazyn Przemysłowy Online

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.