根據(jù)荷蘭C-Job海軍建筑師們的最新研究,氨可以安全有效地作為海洋燃料,以減少海洋工業(yè)中的有害排放。
該研究使用了一種新的概念設計,即以船舶運輸?shù)呢浳锇睘樵系倪x擇對象,研究了將氨用作船用燃料的概念和可能,從而大幅度減少了海運中的溫室氣體排放量。
在所有的氨氣發(fā)電可能選擇中,固體氧化物燃料電池(SOFC)顯然是最有效的。但是,由于真功率密度和負載響應能力尚未達到可接受的水平,因此實際應用還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此,在短期內應用內燃機仍然是必經之路。
主要研究結果包括:
•逐步分階段導入氨氣作為船用燃料的應用:
第一階段,氨氣與柴油一起應用于壓燃內燃機(ICE)。
第二階段,使用氨氫混合物的ICE,
第三階段,最后是使用氨燃料電池(SOFC)。
•回顧其他所有剩余選項:
內燃收動機(ICE),系統(tǒng)效率為49.4%,
質子交換膜燃料電池(PEMFC),系統(tǒng)效率為44.5%,
堿性燃料電池(AFC),系統(tǒng)效率為44.8%,
固體氧化物燃料電池(SOFC),系統(tǒng)效率為53.9%,
SOFC顯然是最高效的,系統(tǒng)效率為53.9%。但是,由于功率密度和負載響應能力尚未達到可接受的水平,因此SOFC確實存在實際挑戰(zhàn)。此外,雖然SOFC的效率很高,但根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)評估,總成本遠高于ICE。以兩沖程,低速發(fā)動機為例,內燃機效率為第二,系統(tǒng)效率為49.4%,比PEMFC44.5%和AFC44.8%的效率更高,價格更便宜,功能更強大,并且具有可接受的功率密度和負載響應能力。將來,燃料電池技術的進一步發(fā)展可能會改變目前評估結果。所以,當前內燃機ICE是最佳選擇。
•將氨內燃機ICE選件與常規(guī)化石燃料ICE選件進行比較,在功率密度,負載響應,部分負載性能,應對海洋環(huán)境和系統(tǒng)效率方面的技術性能相似。但是,常規(guī)化石燃料的有害排放量要多得多(假定NOx相似)。而選擇氨氣的相對成本明顯要高很多,約為傳統(tǒng)燃料成本的3.2倍。這是根據(jù)每噸氨850歐元和低硫0.5%HFO每噸500歐元的基本成本得出的。展望未來情景,氨動力的成本范圍可能與常規(guī)化石燃料相似。當基于較低的電力成本使每噸氨400歐元時,就是結合每噸HFO 500歐元(每噸CO2征稅100歐元)或每噸HFO 811歐元(不征收CO2稅)的情況。氨燃料的選擇,既低碳環(huán)保,又有了低成本的優(yōu)勢。
•為了安全地處理以氨(和氫)為燃料的空間,包含燃料管線的空間應配備氨(和氫)的傳感器,檢測并進行通風。此外,在發(fā)生泄漏的情況下,應安裝遙控截止閥以隔離泄漏并限制其擴散和影響。為了緩解這種情況,應在燃料供應管線中設置冗余,以確保在部分燃料供應被切斷的情況下,有足夠的燃料供應以連續(xù)運行。此外,在停電的情況下,應在安裝主遠程隔離閥時確保其自動關閉,以便在斷電時自動關閉閥。由于應盡可能減少和限制氨對人和環(huán)境的泄露,因此燃料管線應與外殼保持足夠的距離,例如從側面到B / 5??赡艿脑挘剂瞎苈窇挥趩为毜臒o人駕駛空間內。在不可能的地方,例如在機艙,應使用帶壓力傳感器的雙壁管道。
•氨燃料處理室以及與其他燃料系統(tǒng)類似的機艙應配備火災探測和滅火系統(tǒng)。此外,為了監(jiān)視燃料的狀況,應增加壓力傳感器,溫度傳感器和流量檢測器。此外,為應對超壓,應安裝減壓系統(tǒng)。
•緩解的主要船舶設計后果是在布置上,這是因為多余的燃料供應管線(覆蓋燃料箱和燃料處理室)需要單獨的空間。此外,包含燃料供應管線的空間的通風還需要用于進氣和排氣的空間。距離側面足夠遠的路線要求也影響了船只可用空間的有效利用。所有這些因素增加了成本,尤其是冗余要求。因此,實現(xiàn)2 x 50%的系統(tǒng)容量而不是2 x 100%的系統(tǒng)容量被認為對限制這些額外成本很重要??梢愿鶕?jù)要求單獨提供指示安排后果的系統(tǒng)設計,或者可以在下面的鏈接的附錄中找到。
•由于海運氨船舶已經有了氨載體系統(tǒng),現(xiàn)有法規(guī)已涵蓋了氨燃料儲存的主要問題。因此,建議進一步研究氨燃料的存儲,以便將其應用于其他類型的船舶。
到目前為止,氨一直被認為是用于運輸?shù)奈磥砣剂现?,作為船用燃料的,氨氣并不需要液化,沒有遭遇液化氫氣和天然氣的“先生雞還是先有蛋”的困境。
對于液化天然氣,兩難的情況是,船東一直不愿轉向燃料液化天然氣,因為世界各地沒有港口可以提供液化天然氣。但是,所需基礎結構的開發(fā)取決于這種需求。由于氨已經在世界范圍內大量生產和運輸,因此在現(xiàn)有的基礎上可以很容易地接納燃料的供應,當然必須在第一批以氨為動力的船舶建成后才進行擴展。
當今,氨的主要消費領域是化肥工業(yè)。該行業(yè)由散裝氨氣(最大載重量為6萬載重噸)的船舶提供。該行業(yè)現(xiàn)有的基礎設施可作為將來艦船的加氨站,而目前的生產存儲和運輸則提供了氨燃料平穩(wěn)過渡的可能性。已經有可以供應第一批船的港口。”
多年來,C-Job海軍建筑師們一直認為,氨氣可能是一種清潔,可持續(xù)燃料的可行且有前途的選擇。C-Job去年加入了氨能源協(xié)會,以加強與其他行業(yè)的合作以實現(xiàn)其雄心壯志。C-Job與Proton Ventures和Enviu一起于2017年成立了一個財團,以進一步研究用作船用燃料的氨。隨著理論研究的完成,財團項目現(xiàn)在將朝著實驗室測試,中試和樣船評估的方向發(fā)展。