По сравнению с другими отраслями, транспорт является единственным сектором, в котором выбросы парниковых газов сейчас выше, чем в 1990 году. Ответственный за 3% мировых парниковых газов, водный транспорт представляет собой особенно твердый орешек.
Зеленый курс ЕС направлен на то, чтобы сделать Европу климатически нейтральной к 2050 году. Международная морская организация (IMO) принимает меры по сокращению выбросов от судоходства по меньшей мере вдвое к 2050 году. Электрификация обещает стать ключевой технологией снижения выбросов в морских перевозках, однако технология аккумуляторов морского применения еще недостаточно развита.
“Батареи для морской промышленности еще не достигли той ценовой отметки, которая должна быть, чтобы сделать полностью электрическое судоходство широко возможным”, — говорит Йерун Штуйтс из Flanders Make, исследовательского института в Бельгии.
В настоящее время, полагает Штуйтс, некоторые типы судов больше подходят для перехода на аккумуляторные батареи, чем другие. К ним относятся паромы, курсирующие по заранее определенным маршрутам, и небольшие контейнеровозы, курсирующие по фиксированным маршрутам.
Их рейсы очень предсказуемы и имеют надежные схемы работы. Это позволяет легко проанализировать энергопотребление и рассчитать затраты на электрификацию, чтобы понять, является ли она экономически целесообразной.
С другой стороны, океанские контейнерные и грузовые лайнеры, совершающие межконтинентальные рейсы, трудно электрифицировать из-за непостоянства условий. “Чтобы справиться с такой неопределенностью, нужна очень, очень, — очень большая батарея!”, — пояснил Штуйтс.
Суда на электрической тяге — дорогостоящее решение, “в первую очередь потому, что аккумуляторы, которые разрабатываются для морского использования, как правило, изготавливаются на заказ для конкретной конструкции судна”, — говорит эксперт. — “Это делает их уникальными и, следовательно, дорогими”.
Штуйтс является координатором проекта SEABAT, в рамках которого разрабатывается электрическая батарея для морского сектора. Они работают над тем, чтобы привнести инновации в аккумуляторные технологии из автомобильной промышленности и снизить затраты. Ученые стремятся достичь цели путем разработки модульной системы батарей, которая может использоваться на самых разных судах.
Этому не способствует тот факт, что мало исследований по батареям направлено на морской сектор. Требования к энергии для судов совершенно иные, чем для других транспортных средств. Если большинство автомобилей имеют емкость аккумулятора около 40-100 кВт/ч, то для кораблей требуется в 10, 20 или даже в 100 раз большая емкость.
Система, разрабатываемая SEABAT, состоит из стандартизированных модулей для различных компонентов батареи: аккумуляторных элементов, систем охлаждения и силовой электроники. Их можно объединять в стойки и масштабировать для создания батарей различных размеров. SEABAT разработает метод конструирования батарей под конкретные нужды из стандартизированных компонентов, которые можно будет производить серийно, значительно снижая затраты.
Модульный характер системы также позволит комбинировать различные типы элементов батареи или даже типы накопителей, например, суперконденсаторы. Это позволит создавать аккумуляторные решения, адаптированные к конкретным потребностям судна, объясняет Штайтс, и модернизировать их по мере разработки новых технологий в отрасли.
По словам Юрки Микколы из VTT в Финляндии, везде, где оказывается возможным использовать батареи, они являются хорошим и энергоэффективным способом декарбонизации. Но нам все равно нужны методики для ситуаций, которые не могут быть решены только с помощью батарей, заметил он.
В рамках проекта FLAGSHIPS, который координирует Миккола, партнеры проекта водородные топливные элементы для двух коммерческих демонстрационных судов. Создав баржу и контейнеровоз, работающие на экологически чистом водороде, они надеются начать эру экологически чистого водного транспорта в Европе.
FPS Waal, зарегистрированный в Голландии 110-метровый внутренний контейнеровоз, пройдет около 80 км туда и обратно от Дуйсбурга в Германии до Роттердама в Нидерландах. Судно, перевозящее 200 стандартных морских контейнеров, заменит дизельное, которое сейчас занято перевозками между внутренним региональным портом и международным портом в Роттердаме.
Другое судно — 60-метровая баржа для внутреннего судоходства, предназначенная для перевозки грузов по реке Сене. Названное “Zulu 06”, это совершенно новое судно принесет водородную навигацию в центр Парижа. Zulu 06 планируется как первая в Европе речная баржа на водородном топливе с нулевым уровнем выбросов.
Как объяснил Миккола, речное судно будет распределять товары вдоль береговой линии Сены и даже в самом центре Парижа, чтобы заменить часть грузового транспорта на перегруженных дорогах города. “У баржи будет свой собственный кран, так что она сможет разгружаться в любом месте реки”, — сказал он.
Двигательная система, разработанная в рамках проекта FLAGSHIPS, также является модульной. Каждый модуль водородных топливных элементов имеет мощность 200 кВт, а несколько модулей могут быть соединены вместе для повышения мощности до необходимого уровня. Баржа будет использовать два топливных элемента, обеспечивая 400 кВт мощности, а контейнеровоз FPS Waal имеет 1,2 мВт мощности от шести модулей топливных элементов.
Баржа с нулевым уровнем выбросов должна начать работу в 2023 году. Поскольку ее городской логистический маршрут меняется в зависимости от потребностей дня, она является хорошим примером, когда стандартная технология электрификации может представлять трудности. По словам Микколы, меняющийся маршрут затрудняет создание сети зарядных пунктов, поэтому их гибридная водородная силовая установка увеличит дальность хода баржи и обеспечит большую свободу действий.
На гибридных судах с водородным двигателем по-прежнему используются электродвигатели, приводимые в действие батареями. Но они позволяют использовать более компактные батареи, которые постоянно подзаряжаются от водородных топливных элементов. По сравнению с батареями водород обладает относительно высокой энергоемкостью и легкостью, что позволяет увеличить дальность плавания при меньшем общем воздействии на конструкцию судна.
Поскольку топливные элементы и водородные суда не имеют местных выбросов, качество воздуха в городах может быть значительно улучшено, если эти технологии удастся внедрить в широких масштабах. Они могут даже заменить грузовики и микроавтобусы, выделяющие токсичные газы, а также существующие системы водного транспорта.
ЕС стремится к долгосрочному переходу на чистую энергию, чтобы уменьшить зависимость от российского топлива. Переход на такие технологии, как водород, позволит производить его на местном и региональном уровнях.
“Мы можем установить небольшие электролизеры в различных портах Европы и производить водород на месте”, — сказал Миккола. — “Нам не нужно больше доставлять топливо откуда-то издалека”.
FLAGSHIPS является частью более широкой стратегии по развитию грузового транспорта на водородном топливе для водных путей Европы. Проект надеется, что два его судна повысят осведомленность о водном транспорте с нулевым уровнем выбросов, побуждая других последовать этому примеру.