La investigación marina pronto podría ser posible sin el riesgo de contaminar el aire o el océano. Es gracias a un nuevo diseño de barco y un estudio de viabilidad dirigido por Sandia National Laboratories.

Las pilas de combustible de hidrógeno existen desde hace décadas, y existen múltiples ventajas al usarlos en lugar de los motores diesel específicamente para propulsar barcos de investigación. Las pilas de combustible son tecnología de cero emisiones, para que no contaminen las muestras de aire o agua recolectadas en áreas ecológicas sensibles. Casi no hacen ruido para que no alteren la vida marina ni interfieran con los numerosos sensores que utilizan los científicos para escuchar el sonido en el océano.

A pesar de estas y muchas otras ventajas, la viabilidad de un buque de investigación propulsado por hidrógeno nunca se ha estudiado ni probado. Hasta ahora. Un informe de Sandia publicado este mes muestra que es técnica y económicamente factible construir una embarcación de este tipo de manera consistente con las regulaciones marítimas. El equipo del proyecto apodó al buque "Zero-V, "abreviatura de buque de investigación de cero emisiones".

Este proyecto, dirigido por Sandia, reunió a la Institución Scripps de Oceanografía de la Universidad de California, San Diego, Glosten, una firma de arquitectura naval; y DNV GL, una empresa global de control de calidad y gestión de riesgos que trabaja para la industria marítima. Fue financiado por la Administración Marítima del Departamento de Transporte (MARAD).

¿Uno de los mayores beneficios adicionales del uso de hidrógeno para propulsar un barco? Sin derrames de combustible que dañen el medio ambiente. Según el químico de Sandia y líder del proyecto, Lennie Klebanoff, es imposible que se derrame hidrógeno contaminante en el agua. Más flotante que el helio, el hidrógeno se eleva por sí solo y finalmente se escapa al espacio exterior.

"Si trabaja en un área ecológica sensible y derrama hidrógeno líquido allí, el combustible no solo se elimina de este entorno, se quita del planeta, "Dijo Klebanoff.

Las pilas de combustible incluso generan agua tan pura que la tripulación del barco puede beberla (con acondicionamiento), o utilizarlo para experimentos científicos, reducir la necesidad de desalar el agua de mar (que actualmente consume grandes cantidades de energía). También, las pilas de combustible son dispositivos eléctricos, y como tal, Ofrecen una respuesta de potencia más rápida que los motores de combustión interna.

La experiencia de Sandia en esta área proviene de una cartera de proyectos de hidrógeno, cuyas metas son desarrollar soluciones de transporte eficientes con combustibles domésticos limpios. El papel de Sandia era liderar el proyecto, elegir el tipo de pila de combustible a utilizar, el método de almacenamiento del hidrógeno y proporcionar información sobre las propiedades del hidrógeno relacionadas con la seguridad a la Guardia Costera de EE. UU. y al socio regulador DNV GL.

Navegando en los vientos del éxito anterior

El proyecto Zero-V evolucionó a partir del trabajo anterior de Sandia en el SF-BREEZE, un ferry de pasajeros impulsado por hidrógeno diseñado para operar en la Bahía de San Francisco.

Ya existían pequeñas embarcaciones de recreo impulsadas por hidrógeno hechas para distancias muy cortas. Pero antes del SF-BREEZE, no había habido un proyecto que analizara la viabilidad técnica y económica de impulsar grandes barcos comerciales rápidos con hidrógeno, según Joe Pratt, quien dirigió el proyecto SF-BREEZE para Sandia.

"Hasta que hicimos el SF-BREEZE, muy pocas personas pensaron que se podía propulsar un barco de verdad, una empresa comercial, en energía de pila de combustible de hidrógeno, ", Dijo Pratt." Además de demostrar que era técnicamente posible, teníamos que demostrar que saldría bien económicamente, para que tenga la oportunidad de salir al mercado ".

Basado en SF-BREEZE y otros trabajos relacionados, Pratt llegó a creer tan firmemente en el potencial comercial del hidrógeno que dejó Sandia para iniciar Golden Gate Zero Emission Marine. La empresa fabrica sistemas de propulsión de pila de combustible de hidrógeno para el mercado marítimo.

El diseño SF-BREEZE tiene capacidad para 150 pasajeros en cuatro viajes de ida y vuelta de 50 millas en la Bahía de San Francisco por día mientras viaja a una velocidad máxima de 35 nudos (aproximadamente 39 millas por hora). Asegurar que el ferry pudiera alcanzar esa velocidad significó adoptar un diseño de catamarán un poco más largo de lo habitual.

Todos los elementos del plan, incluido el diseño del barco, distribución del peso, y las opciones de repostaje tuvieron que ser reevaluadas para el Zero-V.

"En lugar de ir rápido durante períodos cortos y llevar a muchas personas, el barco de investigación va más lento para distancias mucho más largas, lleva menos personas y debe permitir el funcionamiento de instrumentación científica sensible, ", Explicó Klebanoff. O en otras palabras, "El barco de investigación es un animal diferente de un ferry de pasajeros, " él dijo.

Navegando alrededor de los desafíos del diseño

Mientras trabajaba en SF-BREEZE, Pratt y Klebanoff se acercaron a la Institución de Oceanografía Scripps para ver si los investigadores estaban interesados ​​en un buque propulsado por hidrógeno. Ellos eran, si el Zero-V pudiera completar tareas que son rutinarias para misiones de investigación oceánicas, como estudios de ecosistemas marinos, oceanografía física, investigación sobre el riesgo de tsunamis y la química oceánica.

El mapeo o la instalación de equipos en el fondo del océano requiere que una embarcación se mantenga estable en un solo punto durante períodos prolongados. incluso si hay viento u olas. Glosten determinó que la ayuda de los dispositivos de propulsión instalados en cada casco lateral permitiría al Zero-V mantener su posición con más de 25 nudos de viento y olas desde cualquier dirección.

Mientras que el SF-BREEZE requiere repostar después de 100 millas, el Zero-V necesita ir al menos 2, 400 millas o 15 días antes de requerir un reabastecimiento de combustible; suficiente para ir de San Diego a Hawaii. Dadas las grandes distancias que necesita recorrer, una terminal de reabastecimiento de combustible en una ubicación central no es lo que se necesita.

El equipo de Sandia encontró un enfoque innovador que permite a los proveedores de hidrógeno líquido conducir camiones de combustible directamente al barco en los puertos de escala. Por lo tanto, el Zero-V requeriría poca inversión en infraestructura de combustible.

Además de los requisitos antes mencionados,

Sean Caughlan de Glosten dijo que encontrar una manera de almacenar los tanques de hidrógeno pesado mientras se acomoda al menos a 18 científicos, 11 tripulantes y tres laboratorios fue un desafío. Parte de la solución fue seleccionar un diseño de barco trimarán. Un trimarán tiene tres cascos paralelos, y se utiliza habitualmente para embarcaciones de alta velocidad. El diseño ofrece una gran cantidad de espacio sobre la cubierta para los tanques, y espacio suficiente bajo cubierta para otros instrumentos y maquinaria científica.

Hacia vientos favorables y mares posteriores

El equipo diseñó el Zero-V utilizando pruebas probadas, tecnología de hidrógeno disponible comercialmente para que pudieran estar seguros de que funcionaría. Una vez completado, El diseño de la embarcación fue revisado por DNV GL y la Guardia Costera de EE. UU. Ambos organismos reguladores llegaron de forma independiente a la misma conclusión:no hay problemas técnicos que "detengan el espectáculo" con el diseño de Zero-V.

De hecho, Gerd Petra Haugom, experto en hidrógeno de DNV GL, dice que el diseño Zero-V muestra una comprensión esencial de las propiedades del hidrógeno relacionadas con la seguridad. y cómo se puede utilizar de forma segura en un barco. "Este proyecto ha sido una buena prueba de nuestras propias reglas y el enfoque de diseño alternativo para el uso de hidrógeno y pilas de combustible, ", dijo." Los resultados del Zero-V serán parte de un punto de referencia para guiar nuestra evaluación de embarcaciones similares en el futuro ".

Con un diseño sólido en su lugar, el siguiente paso para el Zero-V es encontrar la financiación para construirlo. En comparación con los buques de investigación propulsados ​​por diésel, el Zero-V tiene un costo de capital similar, pero su operación y mantenimiento costaría aproximadamente un 7 por ciento más. Dados sus beneficios, mucho más silencioso, cero emisiones y sin riesgo de derrames de combustible contaminante — Bruce Appelgate, que supervisa la flota de Scripps, espera que donantes de ideas afines se unan para apoyar el proyecto.

"Al igual que otras ideas revolucionarias, este enfoque inicialmente parece caro. Pero la energía solar era muy cara no hace mucho tiempo, y ahora es asequible y ampliamente adoptado. Las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología igualmente transformadora. Producen limpios, tranquilo, energía no contaminante para los barcos al tiempo que permite capacidades científicas superiores, "Dijo Applegate." La construcción y operación del Zero-V avanzará significativamente en la tecnología de transporte marítimo de EE. UU. ".