對于大多數人來說，挪威因其鼓舞人政治體系和風景如畫的峽灣而聞名，但事實上，挪威正大力推進可持續航運研發，以期成為全球海事領域領導者。挪威不久前承諾，到2026年消除海灣地區的航運排放。

為此，瑞士技術巨頭ABB正與歐洲最大的獨立研究機構之一SINTEF展開合作，測試氫燃料電池作為船舶推進能源的可行性。

ABB和SINTEF的合作項目于2018年11月啟動，當前仍處于初期階段，但合作雙方對合作前景充滿期待，預計世界上第一艘氫動力渡輪將于2021年在挪威西海岸開始運營。

從無到有的研發研發探索

現階段，SINTEF挪威特隆赫姆實驗室的研究人員，正在嘗試擴大和優化燃料電池和電池組合，為氫能技術未來的海上應用奠定基礎。

“必須要接受的現實是，當前船舶用氫燃料電池的安裝規模非常小，僅約100千瓦，關于燃料電池的海上應用性能，沒有任何有效的實際經驗數據能提供參考?！?/p>

SINTEF海事能源系統研究經理AndersValland表示：“目前氫燃料電池可見的潛力是，在純電池續航不足的情況下，可作為距離擴展器。這適用于低速或短距離航行的較小船只?！?/p>

因此研究部門的關鍵目標是實現氫燃料電池技術在大型、兆瓦級系統以及海事部門中的運用。

ABBMarine&Ports全球儲能和燃料電池產品經理JosteinBogen補充:“另一個研發的關鍵目標是，如何優化燃料電池堆的效率、可靠性和壽命，以及加強對燃料電池裝置、能量儲存的掌控?！?/p>

現有的研發方式是，通過建模和模擬，使用實驗室以及可執行X-in-the-loop測試的模擬器，在引入實際系統之前，探索不同的船舶應用情景及對應能量系統配置情況。

目前，研發團隊已經建造了一所全新的燃料電池實驗室，用于客船大型氫動力解決方案研發，作為船上現有推進系統的附加裝置，協助海上混合能源系統實驗室的研發工作。

無法回避的4大技術障礙

由于全球海事用燃料電池技術、研發、推廣經驗都十分有限，ABB和SINTEF的研發合作也承受著來自安全、系統平衡、能耗平衡、基礎設施缺失等方面的眾多技術考驗。

首當其沖的是燃料電池堆棧的大小、以及相對簡單的系統平衡問題。根據Valland的說法，對于擁有多個燃料電池的系統來說，保持燃料電池的平衡將尤為重要。

與此同時，“必須妥善地解決安全問題。”Valland表示：“有幾個倡議正在研究這一問題，這可能最引起國際海事組織（IMO）IGF規則的更新，包括船用氫氣規則。”

此外，盡管環境的影響非常小，但船用氫能的能耗量非常大。“氫氣每千克能量含量非常高，但其密度特性意味著即使是最稠密的液體形式，每立方米氫也只能獲得80千克燃料。”Valland表示：“從能源的角度看，這意味著氫氣的能量比當前所知的任何燃料都要少?！?/p>

基礎設施和價值鏈的缺失同樣對船用燃料電池的開發造成阻礙，甚至影響ABB和SINTEF的研發合作項目進展。

Bogen直言，當前海上燃料電池的運用局限性在于擴大氫氣供應鏈，包括對大型液化氫（LH2）運輸解決方案、氫氣大規模車載存儲技術的研發不足。

具有巨大潛力的“邊緣概念”

盡管如此，船用燃料電池技術正在獲得越來越大的關注。

Bogen表示：“盡管存在現實困難，但海洋產業的氫能應用前景仍十分誘人，大量客戶正在尋求減少排放的解決方案。在這個項目中，重要的是與不同的船主合作，以便于測試各種船舶操作，并嘗試不同的發電廠配置和控制策略?！?/p>

當然，挪威政府也對船用燃料電池項目開發給予了大力支持，包括政策的傾斜以及公共撥款。

但由于安全、基礎設施、可用性和成本的問題仍懸而未決，航運業的整體回應顯得冷靜，這讓國際范圍內，氫能在海事領域的開發應用呈現出微妙的“邊緣概念”。

在實現可持續運輸看起來仍漫長和困難的情況下，特隆赫姆的研究人員計劃將開發重點放在燃料電池壽命，以及未來2-3年的控制系統優化上。研究人員、政府和行業的合作也將被進一步強調。

盡管看起來困難重重，但Valland仍表示：“一旦未來某個時間開發出豐富的零排放能源，氫氣可能會成為重要的能源載體，對海運業產生更大的影響。”