Diesel flyder ikke denne båd-team designer nulemissioner marine forskningsfartøjer

Havforskning kan snart være mulig uden risiko for at forurene hverken luften eller havet. Det er takket være et nyt skibsdesign og forundersøgelse ledet af Sandia National Laboratories.

Brintceller har eksisteret i årtier, og der er flere fordele ved at bruge dem i stedet for dieselmotorer specifikt til at drive forskningsskibe. Brændselsceller er nulemissionsteknologi, så de ikke forurener luft- eller vandprøver, der er indsamlet i følsomme økologiske områder. De larmer næsten ikke, så de vil ikke forstyrre havlivet eller forstyrre de mange sensorer, forskere bruger til at lytte til lyd i havet.

På trods af disse og mange andre fordele, gennemførligheden af ​​et brintdrevet forskningsfartøj er aldrig blevet undersøgt eller bevist. Indtil nu. En Sandia -rapport udgivet i denne måned viser, at det er teknisk og økonomisk muligt at bygge et sådant fartøj på en måde, der er i overensstemmelse med havforskrifter. Projektholdet kaldte skibet "Zero-V, "forkortelse for nulemissionsforskningsfartøj.

Dette projekt, ledet af Sandia, samlede Scripps Institution of Oceanography ved University of California, San Diego, Glosten, et flådearkitektfirma; og DNV GL, et globalt kvalitetssikrings- og risikostyringsselskab, der arbejder for den maritime industri. Det blev finansieret af Department of Transportation's Maritime Administration (MARAD).

En af de største ekstra fordele ved at bruge brint til at drive en båd? Ingen miljøskadelige brændstofspild. Ifølge Sandia -kemiker og projektleder Lennie Klebanoff, det er umuligt at have et forurenende brintudslip på vandet. Mere flydende end helium, brint stiger af sig selv og slipper til sidst ud i det ydre rum.

"Hvis du arbejder i et følsomt økologisk område, og du spilder flydende brint der, brændstoffet fjerner ikke kun sig selv fra dette miljø, det fjerner sig fra planeten, "Sagde Klebanoff.

Brændselsceller genererer endda vand så rent, at skibets besætning kan drikke det (med konditionering), eller bruge det til videnskabelige eksperimenter, reducere behovet for afsaltning af havvand (som i øjeblikket bruger store mængder energi). Også, brændselsceller er elektriske enheder, og som sådan, de tilbyder en hurtigere effektrespons end forbrændingsmotorer.

Sandias ekspertise på dette område stammer fra en portefølje af brintprojekter, hvis mål er at udvikle effektive transportløsninger med rene indenlandske brændstoffer. Sandias rolle var at lede projektet, vælge den slags brændselscelle, der skal bruges, metoden til lagring af brintet og give oplysninger om brintets sikkerhedsrelaterede egenskaber til den amerikanske kystvagt og den regulerende partner DNV GL.

Sejler på vindene fra tidligere succes

Zero-V-projektet udviklede sig fra tidligere Sandia-arbejde med SF-BREEZE, en brintdrevet passagerfærge designet til at sejle i San Francisco Bay.

Små brintdrevne lystfartøjer lavet til meget korte afstande eksisterede allerede. Men før SF-BREEZE, der ikke havde været et projekt, der så på den tekniske såvel som økonomiske gennemførlighed af at drive store, hurtige kommercielle både med brint, ifølge Joe Pratt, der ledede SF-BREEZE-projektet for Sandia.

"Indtil vi lavede SF-BREEZE, meget få mennesker troede, at du kunne drive et rigtigt skib, et forretningsforetagende, om brintbrændstofcellekraft, "Pratt sagde." Udover at bevise, at det var teknisk muligt, vi måtte vise, at det ville blyant økonomisk, så det ville have en chance for at gå ud på markedet. "

Baseret på SF-BREEZE og andet relateret arbejde, Pratt troede så stærkt på brintens kommercielle potentiale, at han forlod Sandia for at starte Golden Gate Zero Emission Marine. Virksomheden bygger brintbrændselscelle -drivlinjer til det maritime marked.

SF-BREEZE-designet rummer 150 passagerer på fire 50-mile rundrejser i San Francisco-bugten om dagen, mens de rejser med en topfart på 35 knob (cirka 39 miles i timen). At sikre færgen kunne nå den hastighed betød at man skulle tage en 100 fod, lidt længere end normalt katamaran design.

Alle planelementer, herunder skibsdesign, vægtfordeling, og tankmuligheder skulle revurderes for Zero-V.

”I stedet for at gå hurtigt i korte perioder og bære mange mennesker, forskningsfartøjet går langsommere i meget længere afstande, bærer færre mennesker og skal tillade betjening af følsom videnskabelig instrumentering, "Forklarede Klebanoff. Eller med andre ord, "Forskningsfartøjet er et andet dyr end en passagerfærge, " han sagde.

Navigering omkring designudfordringer

Mens jeg arbejdede på SF-BREEZE, Pratt og Klebanoff henvendte sig til Scripps Institution of Oceanography for at se, om forskere der var interesserede i et brintdrevet fartøj. De var, hvis Zero-V kunne udføre opgaver, der er rutine for havgående forskningsmissioner, såsom marine økosystemundersøgelser, fysisk oceanografi, tsunamirisiko og havkemisk forskning.

Kortlægning eller installation af udstyr på havbunden kræver, at et fartøj er stabilt over et enkelt punkt i lange perioder, selvom der er vind eller bølger. Glosten fastslog, at hjælp fra fremdrivningsanordninger installeret i hvert sideskrog ville gøre Zero-V i stand til at bevare sin position med mere end 25 knob vind og bølger fra enhver retning.

Mens SF-BREEZE kræver tankning efter 100 miles, Zero-V skal gå mindst 2, 400 miles eller 15 dage før der kræves påfyldning; nok til at komme fra San Diego til Hawaii. I betragtning af de store afstande, det har brug for at rejse, en tankningsterminal på en central placering er ikke det, der er nødvendigt.

Sandia -teamet fandt en innovativ tilgang, der gør det muligt for flydende brintleverandører at køre brændstof lastbiler direkte til skibet ved anløbshavne. Dermed, nul-V ville kræve få investeringer i tankning af infrastruktur.

Ud over de førnævnte krav,

Glostens Sean Caughlan sagde at finde en måde at opbevare de tunge brinttanke på, mens der var plads til mindst 18 forskere, 11 besætningsmedlemmer og tre laboratorier var en udfordring. En del af løsningen var at vælge et trimaran -båddesign. En trimaran har tre parallelle skrog, og bruges normalt til højhastighedsbåde. Designet giver stor plads over dækket til kampvognene, og tilstrækkelig plads under dækket til anden videnskabelig instrumentering og maskiner.

Mod let vind og efter hav

Teamet designede Zero-V ved hjælp af dokumenteret, kommercielt tilgængelig brintteknologi, så de kunne være sikre på, at det ville fungere. Når den er afsluttet, fartøjets design blev gennemgået af DNV GL og U.S. Coast Guard. Begge tilsynsorganer kom uafhængigt af samme konklusion:der er ingen "show-stop" tekniske problemer med Zero-V-designet.

Faktisk, DNV GL-brintekspert Gerd Petra Haugom siger, at Zero-V-designet viser en væsentlig forståelse af brintets sikkerhedsrelaterede egenskaber, og hvordan det kan bruges sikkert og sikkert på et fartøj. "Dette projekt har været en god test af vores egne regler og den alternative designmetode til brug af brint og brændselsceller, "sagde hun." Resultaterne fra Zero-V vil være en del af et benchmark for at vejlede vores vurdering af lignende fartøjer i fremtiden. "

Med et solidt design på plads, det næste trin for Zero-V er at finde finansieringen til at bygge den. Sammenlignet med dieseldrevne forskningsfartøjer, Zero-V har en lignende kapitalomkostning, men ville koste cirka 7 procent mere at drive og vedligeholde. I betragtning af dens fordele - meget mere støjsvag, nulemissioner og ingen risiko for forurenende brændstofspild - Bruce Appelgate, der fører tilsyn med Scripps -flåden, håber, at ligesindede donorer vil gå op for at støtte projektet.

"Som andre spilændrende ideer, denne fremgangsmåde synes i første omgang dyr. Men solenergi var meget dyr for ikke så længe siden, og nu er det overkommeligt og bredt vedtaget. Brintceller er lige så transformerende en teknologi. De producerer rene, rolige, ikke -forurenende strøm til skibe og samtidig muliggøre overlegne videnskabelige kapaciteter, "Applegate sagde." Opbygning og drift af Zero-V vil i høj grad fremme USA's marine transportteknologi. "