आईएमओ 2020: मैरीटाइम में हाइड्रोजन का भविष्य

जोसेफ डिरेनोज़ो द्वारा, पीई • 17 जुलाई 2019

वाटर-गो-राउंड केल बिछाने समारोह में जीजीजेडएम टीम। छवि में बाएं से दाएं: कप्तान जो बर्गार्ड, सह-संस्थापक); जॉन मोटलो, वीपी मार्केटिंग और रणनीति; चार्ली वाल्थर; टायलर फोस्टर; रोज़ दाविदक-रापाग्नानी; थॉमस एस्चर, सह-संस्थापक); और डैन जॉनसन। फोटो क्रेडिट जीजीजेडएम।

जल-गो-दौर का 3 डी प्रतिपादन। फोटो क्रेडिट इंकाट क्रॉथर

वाटर-गो-राउंड कीलिंग बिछाने समारोह। फोटो क्रेडिट जीजीजेडएम

भविष्य के आईएमओ आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रौद्योगिकी
IMO MARPOL अनुलग्नक VI के नियमों को पूरा करने और 01 जनवरी 2020 से 0.5 प्रतिशत तक दुनिया भर में जहाजों की सल्फर सामग्री को सीमित करने के लिए समुद्री उत्सर्जन को कम करने के लिए समुद्री समुदाय द्वारा जारी एक धक्का के साथ, कई जहाज मालिक संतुष्ट करने के लिए हाइड्रोजन ईंधन सेल तकनीक पर विचार करना शुरू कर रहे हैं। उत्सर्जन नियमों को विकसित करना। आज तक, परिवहन के लिए हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने के लिए अनुसंधान कार्यक्रमों पर लाखों डॉलर खर्च किए गए हैं। यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान सहित कई समुद्री शक्तियों ने पारंपरिक प्रणोदन तकनीक के साथ लागत समानता बनाए रखते हुए उत्सर्जन को कम करने के लिए समुद्री हाइड्रोजन की व्यवहार्यता का आकलन करने के लिए पायलट कार्यक्रमों की शुरुआत की है।

डॉ। जोसेफ प्रैट, गोल्डन गेट जीरो एमिशन मरीन (जीजीजेडएम) के सीईओ और सीटीओ डॉ। जोसेफ प्रैट के क्षेत्र में अग्रणी आवाज है, जो समुद्री हाइड्रोजन पर अंतरराष्ट्रीय स्तर पर मान्यता प्राप्त विशेषज्ञ हैं। जीजीजेडएम कई कंपनियों में से एक है जो व्यवहार्यता अध्ययन से लेकर पोत निर्माण और संचालन तक में बदलाव ला रही है।

उत्तरी अमेरिका में पहला वाणिज्यिक हाइड्रोजन ईंधन सेल पोत
पिछले साल नवंबर में वाटर-गो-राउंड के लिए एक कील बिछाने का काम पूरा करने और इस साल के सितंबर में एक प्रत्याशित लॉन्च के बाद, GGZM उत्तरी अमेरिका में पहला वाणिज्यिक हाइड्रोजन ईंधन सेल पोत बनने की राह पर है। वाटर-गो-राउंड बे शिप एंड यॉट कंपनी द्वारा निर्मित 70 फुट का कटमरैन होगा, जो बे एरिया में 84 यात्रियों को ले जाने में सक्षम है।

डॉ। प्रैट के अनुसार, एक बार लॉन्च होने के बाद जहाज तीन महीने के लिए सैन फ्रांसिस्को खाड़ी में काम करेगा, जबकि हाइड्रोजन ईंधन सेल तकनीक के मामले में सबसे आगे रहने वाली सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज, जहाज पर प्रदर्शन परीक्षण करती है और डेटा इकट्ठा करती है। पोत 250 बार (लगभग 3600 psi) पर 242 किलोग्राम तक संकुचित हाइड्रोजन का एक टैंक सरणी ले जाएगा जो ऑपरेशन के 2 दिनों तक पर्याप्त ईंधन प्रदान करेगा। वाटर-गो-राउंड को 22 नॉट्स तक की गति प्रदान करने के लिए 100 किलोवाट घंटे की बैटरी के साथ दो 300 kW (400 हॉर्स पावर) शाफ्ट मोटर्स द्वारा संचालित किया जाएगा।

वाटर-गो-राउंड परियोजना के लिए प्रारंभिक धनराशि में से कुछ कैलिफोर्निया जलवायु निवेश से आता है, जो कि कैलिफोर्निया राज्य में ग्रीन हाउस गैस उत्सर्जन को कम करने के उद्देश्य से एक टोपी और व्यापार कार्यक्रम है।

डॉ। प्रैट ने टिप्पणी की कि उनके व्यवसाय का सफल शुभारंभ और वाटर-गो-राउंड का निर्माण "बनाने में एक लंबा समय था" जो कि सैंड-ब्रेईजेड और सैंडडाउन नेशनल में अन्य अध्ययनों के प्रबंधन के दौरान उनके द्वारा विकसित की गई साझेदारियों से व्यवस्थित रूप से बढ़ रहा था। लैब्स।

“व्यवहार्यता रिपोर्ट से पता चला कि यह किया जा सकता है, लेकिन हम इसे साबित करना चाहते थे। जब व्यापार पक्ष [कंपनी] को देखते हैं, तो हमने हाइड्रोजन ईंधन सेल जहाजों की वास्तव में बड़ी मांग देखी।

जल-गो-गोल परियोजना के पूरा हो जाने पर, GGZM हाइड्रोजन ईंधन सेल पावर सिस्टम को विकसित करने के लिए परियोजना से सीखे गए सबक लेने पर ध्यान केंद्रित करेगा, जो दुनिया भर में नए पोत निर्माण और रेट्रो-फिट के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। ।

डॉ। जोसेफ प्रैट, जीजीजेडएम के सीईओ / सीटीओ। फोटो क्रेडिट GGZM "चिकन पहले आता है"
जब-जब विघटनकारी प्रणोदन तकनीक समुद्री बाजार में प्रवेश करती है, तो अक्सर उद्धृत चुनौतियों में से एक "चिकन और अंडा" दुविधा होती है। आलोचकों का दावा होगा कि जहाज के मालिक नई ईंधन निर्माण की नई तकनीक को हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं की तरह तैनात करने से हिचकते हैं, जब तक कि बंदरगाह का बुनियादी ढांचा नहीं हो जाता। वे यह भी दावा करेंगे कि पोर्ट इंफ्रास्ट्रक्चर तब तक विकसित नहीं होगा जब तक कि जहाज मालिकों से "चिकन और अंडा" दुविधा पैदा करने की कोई मजबूत मांग न हो।

डॉ। प्रैट के लिए, इसका जवाब "स्पष्ट रूप से चिकन को पहले आने की जरूरत है ... चिकन इसका प्रमाण है"।

यह देखते हुए कि अमेरिका सालाना 10 मिलियन मीट्रिक टन से अधिक हाइड्रोजन (यूएस डीओई) का उत्पादन करता है, डॉ। प्रैट का मानना है कि समुद्री हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रौद्योगिकी के तेजी से विस्तार के लिए आवश्यक सामग्री दुनिया भर के कई औद्योगिक देशों में पहले से मौजूद है।

उन्होंने चुटकी लेते हुए कहा कि अंतरराष्ट्रीय स्तर पर समुचित व्यवहार्यता अध्ययन का निर्माण करने के बजाय, अंतर्राष्ट्रीय समुद्री समुदाय को यह साबित करने के लिए "पानी पर नावें लाने" की आवश्यकता थी कि हाइड्रोजन तकनीक आर्थिक रूप से संभव हो सकती है।

डॉ। प्रैट यह निर्धारित करने में सबसे बड़े कारक का दावा करते हैं कि दुनिया के कौन से हिस्से इस तकनीक को अपनाएंगे, "क्या [जहाज मालिकों] को हाइड्रोजन मिल सकता है"। फिलहाल, दुनिया भर के सभी देशों में हाइड्रोजन की आसान पहुंच नहीं है। इसके अलावा, अधिकांश जहाजों को अपने आवश्यक धीरज के आधार पर तरल हाइड्रोजन की आवश्यकता होगी क्योंकि तरल हाइड्रोजन में संपीड़ित हाइड्रोजन गैस की तुलना में काफी अधिक ऊर्जा घनत्व होता है। उत्तरी अमेरिका में हाइड्रोजन आपूर्तिकर्ताओं के परिपक्व नेटवर्क के कारण, डॉ। प्रैट का मानना है कि उत्तरी अमेरिका इस प्रकार की समुद्री प्रौद्योगिकी के लिए एक मजबूत बाजार बना रहेगा।
जल-गो-दौर का 3 डी प्रतिपादन। फोटो क्रेडिट इंकाट क्रॉथर हाइड्रोजन कहाँ से आता है?
हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रौद्योगिकी के उत्सर्जन में कमी की क्षमता पर चर्चा करते समय एक महत्वपूर्ण अंतर हाइड्रोजन के उत्पादन का तरीका है। स्टीम-मीथेन सुधार और आंशिक ऑक्सीकरण जैसी विधियां आमतौर पर प्राकृतिक गैस से एक फीडस्टॉक के रूप में मीथेन का उपयोग करके हाइड्रोजन का उत्पादन करती हैं। अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) के अनुसार, भाप-मीथेन सुधार और आंशिक ऑक्सीकरण उत्प्रेरक की उपस्थिति में मीथेन के साथ उच्च तापमान भाप (700 से 1000 डिग्री सेल्सियस) के संयोजन से हाइड्रोजन का उत्पादन करता है। डीएनवी जीएल की एक रिपोर्ट ने चयनित वैकल्पिक ईंधन और प्रौद्योगिकी के आकलन का शीर्षक दिया है कि इस तरीके से उत्पादित हाइड्रोजन में CO2 उत्सर्जन प्रति मेगा जूल (MJ) के 90 ग्राम के बराबर होता है जो कि HFO और MGO दोनों से अधिक है। इस लेख के लेखन में, इन तरीकों का उपयोग करके दुनिया के अधिकांश हाइड्रोजन का उत्पादन किया जाता है।
एक और तरीका जो ध्यान आकर्षित कर रहा है वह है हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग। इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान, पानी का उपयोग हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी को अलग करने के लिए किया जाता है।

यह पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट मेम्ब्रेन (पीईएम), अल्कलीन, और सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोइलर्स सहित कई अलग-अलग इलेक्ट्रोलाइजर्स द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो सामग्री, उत्पादन तापमान और प्रक्रिया के भीतर होने वाली प्रतिक्रियाओं में भिन्न होते हैं। इलेक्ट्रोलिसिस को "हरा" माना जाता है, जब उपकरणों को बिजली देने के लिए इस्तेमाल किया गया अक्षय ऊर्जा स्रोतों जैसे पवन, सौर, परमाणु या जैव-गैस से आता है।
हालाँकि वाटर-गो-राउंड परियोजना अभी भी अपने हाइड्रोजन आपूर्तिकर्ता और संबद्ध हाइड्रोजन उत्पादन विधि पर अनिर्धारित है, डॉ। प्रैट का मानना है कि 100% नवीकरणीय हाइड्रोजन "गोद लेने" को चरणों में होने की आवश्यकता होगी। व्यापक रूप से गोद लेने के लिए, उनका मानना है कि "समाधान को आर्थिक रूप से व्यवहार्य होना चाहिए ... इसे बाजार से संचालित किया जाना चाहिए, न कि सरकारी वित्तपोषण पहलों द्वारा समर्थित। वर्तमान में, पारंपरिक हाइड्रोजन की तुलना में अक्षय हाइड्रोजन अधिक महंगा है ”।

"जबकि अक्षय हाइड्रोजन लक्ष्य है, यह आज आर्थिक रूप से व्यवहार्य समाधान प्रदान नहीं करता है"। डॉ। प्रैट की वर्तमान रणनीति "पोत और पारंपरिक हाइड्रोजन के साथ शुरू करना है, जो आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो सकती है, फिर उच्च नवीकरणीय सामग्री के लिए संक्रमण के रूप में यह एक लागत स्तर प्राप्त करने के साथ-साथ इसे व्यवहार्य बनाता है। यदि हम आज दोनों करने का प्रयास करते हैं, तो समग्र प्रभाव सामान्य रूप से प्रौद्योगिकी की स्वीकृति में देरी हो सकती है।

क्या हाइड्रोजन किफायती हो सकती है?
जल-गो-गोल परियोजना के संदर्भ में हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रौद्योगिकी की आर्थिक व्यवहार्यता पर चर्चा करते हुए, डॉ। प्रैट बताते हैं कि “हाइड्रोजन ईंधन सेल जहाजों के लिए मुख्य मूल्य प्रस्ताव पोत के लिए समग्र लागत में कमी है। वेसल मालिकों को फिर से पूर्ण 'पुनः शक्ति' करने की आवश्यकता नहीं होगी। सबसे पहले आप एक यांत्रिक इंजन से एक ईंधन सेल के ठोस-राज्य प्रणाली के लिए सैकड़ों चलती भागों के साथ जा रहे हैं। दूसरा, जीवन के अंत में आपको इंजन स्वैप करने की आवश्यकता नहीं है; इसके बजाय आपको केवल एक बार अपने जीवन चक्र को पार करने के बाद अलग-अलग ईंधन कोशिकाओं को बदलने की आवश्यकता है। कुल मिलाकर यह रखरखाव में कमी और समय में कमी का परिणाम हो सकता है ”जो अंततः पोत के समग्र संचालन और रखरखाव लागत को कम करेगा।

डॉ। प्रैट ने यह भी कहा कि हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रणाली में स्विच करने का एक माध्यमिक मूल्य प्रस्ताव यह है कि यह जहाज तुलनीय डीजल इंजनों की तुलना में बहुत शांत है और इसमें कोई ऑन-बोर्ड प्रदूषण नहीं है। यह कई संभावनाओं को खोलता है, उदाहरण के लिए जहाज के मालिक कम शोर और वायु प्रदूषण के कारण "सहयोग बैठकों" और "प्रकृति भ्रमण" जैसे यात्री जहाजों के लिए गैर-पारंपरिक चार्टर्स पर ले जा सकते हैं।

भविष्य
जल-गो-गोल परियोजना के साथ अपनी पहली यात्रा और यूनाइटेड किंगडम में HYSEAS III परियोजना या नॉर्वे में HYBRIDskip परियोजना जैसी अन्य परियोजनाएं, निष्पादन के विभिन्न चरणों में, यह स्पष्ट है कि समुद्री हाइड्रोजन तकनीक अवधारणा से अवधारणा तक तेजी से बढ़ रही है। वैश्विक स्तर पर निर्माण। समुद्री ईंधन के रूप में तरलीकृत प्राकृतिक गैस (LNG) की मुख्यधारा की स्वीकृति के समान, हाइड्रोजन संभवतः इसी तरह के व्यापक अपनाने को प्राप्त करेगा। डॉ। प्रैट शुरू में हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहिकाओं को जोरदार उत्सर्जन नियंत्रण के साथ क्षेत्रों में क्लस्टर करते हैं, जैसे कि MARPOL के अनुलग्नक VI में स्थापित उत्सर्जन नियंत्रण क्षेत्र, नौकाओं, टग नावों और तटीय व्यापारियों जैसे निश्चित मार्ग वाले जहाजों के बीच। जैसे-जैसे हाइड्रोजन उत्पादन दुनिया भर में फैलता है, कंटेनर जहाजों जैसे अधिक चर मार्गों वाले बड़े जहाज इस तकनीक को अपनाना शुरू कर सकते हैं। एक कंटेनर जहाज के पैमाने की अर्थव्यवस्था को ध्यान में रखते हुए, डॉ। प्रैट ने ध्यान दिया कि "एक कंटेनर जहाज एक नई हाइड्रोजन उत्पादन सुविधा को सही ठहरा सकता है" इस तकनीक के वैश्विक अपनाने का सुझाव एक बंदरगाह में सिर्फ क्षितिज पर हो सकता है।

लेखक के बारे में

यूसुफ डिरेनोज़ो एक तकनीकी परियोजना प्रबंधक और पेशेवर इंजीनियर है, जो यूएस कोस्ट गार्ड में 10 साल के समुद्री अनुभव के करीब है। उनका अंतिम दौरा न्यू लंदन के कोस्ट गार्ड रिसर्च एंड डेवलपमेंट सेंटर, सीटी में था, जहां अन्य परियोजनाओं के बीच, उन्होंने अंतर्देशीय रिवर जेंडर के कोस्ट गार्ड के नए बेड़े के लिए तरलीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) के उपयोग पर व्यवहार्यता अध्ययन का नेतृत्व किया। अक्षय समुद्री प्रौद्योगिकी में एक मजबूत रुचि के साथ, उन्होंने नार्वे के ट्रॉनहैम में नार्वे विश्वविद्यालय के विज्ञान और प्रौद्योगिकी में समुद्री प्राकृतिक गैस प्रौद्योगिकी का अध्ययन करने के लिए 2012 में फुलब्राइट छात्रवृत्ति प्राप्त की। उन्होंने समुद्री क्षेत्र में एलएनजी के उपयोग पर व्यापार प्रकाशनों और अकादमिक पत्रिकाओं में कई लेख लिखे हैं। अपने तटरक्षक कैरियर के दौरान, उन्होंने दो अलग-अलग जहाजों पर सेवा दी, जिसमें एक ऑपरेशन अधिकारी के रूप में एक विभाग प्रमुख का दौरा शामिल था, संयुक्त राज्य अमेरिका के दोनों तटों पर समुद्री मिशनों की एक भीड़ का संचालन किया।