Detaily článku

Pohon lodí vodíkem z metanolu

Princip výroby vodíku z metanolu lze využít i v řadě scénářů v chemickém průmyslu.
Lodní doprava je jedním z nejrychleji rostoucích zdrojů skleníkových plynů, což vede stavitele a provozovatele lodí k hledání alternativních pohonných systémů šetrných k životnímu prostředí. Výzkumníci z Fraunhoferovy univerzity spojili své síly s partnery a vyvinuli koncept HyMethShip, v němž se vodík získává z metanolu. Tato technologie nevyžaduje přepravu velkých vodíkových nádrží na palubě, takže je mnohem bezpečnější. V budoucnu se může ukázat jako atraktivní řešení i pro výletní lodě.

Datum: 7.7.2022

metanol jako palivo pro pohon lodí

Podle Evropské agentury pro životní prostředí je námořní doprava zodpovědná za více než tři procenta celkových emisí uhlíku v Evropské unii. Jen v roce 2019 dosáhly emise 144 milionů tun CO2. Možná to nezní jako příliš mnoho, ale námořní doprava je již řadu let jedním z nejrychleji rostoucích zdrojů emisí skleníkových plynů, a to v důsledku prudkého nárůstu objemu obchodu. Výrobci a provozovatelé lodí po celém světě proto hledají ekologické alternativy ke konvenčním lodním motorům poháněným mazutem nebo naftou. V této souvislosti se pozornost stále více přesouvá na ekologický vodík jako zdroj čisté energie. Přeprava velkých a těžkých účelových nádrží s vodíkem pod tlakem na otevřeném moři však vždy představuje určité riziko.

Výzkumníci Fraunhoferova institutu pro keramické technologie a systémy IKTS spolupracovali s partnery na vývoji technologie, která využívá vodík jako koncepci pohonu s nulovými emisemi a těmto nevýhodám se vyhýbá. Projekt HyMethShip financovaný EU využívá jako nosič kapalného vodíku metanol. V rámci této koncepce je loď doplňována metanolem v přístavu. Na palubě se z metanolu získává vodík parním reformingem a používá se k pohonu lodi. "Tímto způsobem zabijeme dvě mouchy jednou ranou: Loď má prakticky bezemisní pohonný systém a není potřeba velká a potenciálně nebezpečná nádrž na vodík," vysvětluje Dr. Benjamin Jäger ze skupiny pro katalýzu a syntézu materiálů ve Fraunhoferově institutu IKTS.
Plnit metanolem, spalovat vodík

Technickým středobodem systému je reaktor. Metanol se smíchá s vodou, pak se působením tepla odpaří a přivede do předehřátého reaktoru, kde se směs metanolu a vody přemění na vodík a CO2. Pokud jde o separaci vodíku a konstrukci reaktoru, Fraunhofer IKTS může přispět svými dlouholetými zkušenostmi v oblasti membránových procesů. Výzkumníci z Fraunhoferovy společnosti vyvinuli keramickou membránu potaženou uhlíkem. Molekuly vodíku unikají extrémně jemnými póry membrány, zatímco větší molekuly oxidu uhličitého jsou zadržovány. Při tomto procesu dosahuje vodík čistoty více než 90 %. Poté je přiváděn do motoru, který pohání spalováním v běžném spalovacím motoru - a neprodukuje absolutně žádné výfukové plyny, které by škodily klimatu.

Koncepce procesu použitá v projektu zahrnuje dva další důmyslné konstrukční prvky, které systém optimalizují. Za prvé, odpadní teplo z motoru se využívá k ohřevu reaktoru, což výrazně zvyšuje účinnost systému. Za druhé, zbývající oxid uhličitý se vrací do tekutého stavu za reaktorem a přivádí se do prázdných nádrží na metanol. Když loď dorazí do přístavu, je CO2 přiveden do nádrží a může být použit pro další proces syntézy metanolu.

"Metanol je ideálním nosičem vodíku pro lodní dopravu. Jeho energetická hustota je dvakrát vyšší než u kapalného vodíku, takže palubní nádrže na metanol musí být pouze poloviční. Lze jej také bezpečně přepravovat: I když dojde k úniku z nádrže, nehrozí akutní riziko pro životní prostředí," říká Dr. Benjamin Jäger, odborník IKTS v této oblasti.

Během vývoje bylo jednou z technických výzev zvětšení keramických membrán tak, aby mohly být použity v souvislosti s pohonem, který je vyžadován u lodních motorů. Výzkumníkům se podařilo zvětšit membránu z původní délky pouhých 105 mm na 500 mm, což umožnilo pohon motorů o výkonu až 1 MW. Střednědobým cílem je vyvinout pohonné systémy o výkonu 20 MW a více.
Ekologicky šetrné cesty na trajektech a výletních lodích

Pohonný systém s nulovými emisemi by byl ideální pro trajekty, které plují po pevných trasách mezi dvěma přístavy, přičemž každý přístav má vlastní čerpací stanici metanolu. Tato technologie však může být v budoucnu atraktivním řešením i pro kontejnerové a výletní lodě. Ekologicky smýšlející cestující by přilákaly ekologické plavby s nulovými emisemi skleníkových plynů a bez velkých komínů, které vypouštějí do ovzduší saze z procesu spalování topného oleje.

Na projektu HyMethShip financovaném EU spolupracoval Fraunhofer IKTS s řadou partnerů. Za celkovou koordinaci projektu bylo zodpovědné kompetenční centrum pro velké motory (LEC) v rakouském Grazu, zatímco začínající společnost SES-HyDepot e.U. v Innsbrucku provozovala malé testovací zařízení pro ověření základního technického procesu. Christian Mair, generální ředitel společnosti SES-HyDepot, je optimistický: "Testování ukázalo, že je možné poskytovat vodík na bázi metanolu. Ve střednědobém horizontu to nabízí perspektivu pro lodě a jejich značné energetické nároky."

Zdrojem informací je Chemeurope.

Pro kompletní informace si přečtěte celý článek.