IMO 2020：水素の未来

著ジョセフDiRenzo、PE • 17 7月 2019

Water-Go-Roundキール敷設式のGGZMチーム。画像の左から右へ：共同創設者のJoe Burgard大尉） John Motlow、マーケティングおよび戦略担当副社長。チャーリー・ウォルター。タイラーフォスター。ローズDawydiak-Rapagnani; Thomas Escher、共同創設者）ダン・ジョンソン。写真クレジットGGZM。

ウォーターゴーラウンドの3Dレンダリング。写真クレジットIncat Crowther

ウォーターゴーラウンドキーリング敷設式。写真クレジットGGZM

将来のIMO要件を満たすための水素燃料電池技術
IMO MARPOL Annex VIの規制を満たし、2020年1月1日から船舶全体の硫黄含有量を0.5パーセントに制限するために船舶の排出量を削減する海上コミュニティによる継続的な推進により、多くの船主は水素燃料電池技術を検討し始めています進化する排出ガス規制今日まで、輸送に水素燃料電池を利用するための研究プログラムに何億ドルものお金が費やされてきた。欧州連合、米国および日本を含むいくつかの海事大国は、伝統的な推進技術と同等のコストを維持しながら、排出量を削減するための海上水素の実現可能性を評価するためのパイロットプログラムを開始した。

この分野での有力な声は、海洋水素に関する国際的に認められた専門家であるゴールデンゲートゼロエミッションマリン（GGZM）の最高経営責任者（CEO）兼CTOであるジョセフプラット博士です。 GGZMは、実現可能性調査から船舶の建造および運用への移行を進めている数社のうちの1社です。

北米で最初の商用水素燃料電池船
昨年11月にWater-Go-Roundのキール敷設式典を終え、今年9月に発売が予定されていたGGZMは、北米で最初の商用水素燃料電池船となる予定です。 Water-Go-Roundは、Bay Ship＆Yacht Co.によって建造された70フィートの双胴船で、ベイエリアに最大84人の乗客を乗せることができます。

プラット博士によれば、一度打ち上げられた船舶はサンフランシスコ湾で3ヶ月間操業されるが、水素燃料電池技術の最先端の国立研究所であるサンディア国立研究所は、船舶の性能試験を実施し、データを収集する。容器は250 bar（約3600 psi）で最大242 kgの圧縮水素のタンク配列を運び、これは最大2日間の運転に十分な燃料を供給する。 Water-Go-Roundは、100キロワット時のバッテリーを搭載した2つの300 kW（400馬力）のシャフトモーターによって推進され、最大22ノットの速度を実現します。

Water-Go-Roundプロジェクトの初期資金の一部は、カリフォルニア州における温室効果ガス排出量の削減を目的とした上限および取引プログラムであるCalifornia Climate Investmentsからのものです。

Pratt博士は、彼の事業の成功した立ち上げとWater-Go-Roundの構築は、彼がSF-BREEZEと他の研究を管理しながら開発したパートナーシップから有機的に成長していると述べました。ラボ

「実現可能性報告書は、それが可能であることを示したが、我々はそれを証明したかった。ビジネス面を見ると、水素燃料電池船の需要が非常に大きいことがわかりました」。

Water-Go-Roundプロジェクトが完了したら、GGZMはプロジェクトから学んだ教訓を生かして、新しい船舶の建設や世界各地での改装に使用できる「すぐに使える」水素燃料電池発電システムの開発に注力します。。

GGZMのCEO / CTO、ジョセフプラット博士。写真クレジットGGZM 「鶏が一番です」
破壊的な推進技術が海上市場に参入する際の「鶏と卵」のジレンマは、よく引用される課題の1つです。批評家たちは、港のインフラが整うまで、船主は水素燃料電池のような新造船に新技術を採用することに消極的だと主張するだろう。彼らはまた、船主からの「鶏と卵」のジレンマを生み出す強い需要があるまで、港湾インフラは発達しないと主張するでしょう。

プラット博士にとって、答えは「明らかにチキンが先に来る必要がある…チキンが証明である」です。

Pratt博士は、米国が年間1000万トンを超える水素を生産していることに注目し（US DOE）、海上水素燃料電池技術の急速な拡大に必要な成分はすでに世界中の多くの先進国に存在すると考えています。

彼は、無限の数の実現可能性調査を作成する代わりに、水素技術が経済的に実行可能であることを国際的な海洋社会に証明するために「水上でボートを乗せる」必要があると述べました。

Pratt博士は、世界のどの地域でこの技術を採用するかを決定する最大の要素は、「[船主]が水素を得ることができるかどうか」であると主張しています。現時点では、世界中のすべての国が水素に容易にアクセスできるわけではありません。さらに、液体水素は圧縮水素ガスよりもかなり高いエネルギー密度を有するので、大多数の容器はそれらの要求される耐久性に基づいて液体水素を要求するであろう。北アメリカの水素供給業者の成熟したネットワークのために、プラット博士は北アメリカがこのタイプの海事技術のための強力な市場であり続けるであろうと信じています。
ウォーターゴーラウンドの3Dレンダリング。写真クレジットIncat Crowther 水素はどこから来たの？
水素燃料電池技術の排出削減の可能性について議論する際の1つの重要な違いは、水素の製造方法です。水蒸気メタン改質および部分酸化のような方法は、一般に天然ガスからメタンを原料として用いて水素を製造する。米国エネルギー省（ＤＯＥ）によれば、水蒸気 - メタン改質および部分酸化は、触媒の存在下で高温の水蒸気（７００〜１０００℃）をメタンと組み合わせることによって水素を生成する。 DNV GLによる「選択された代替燃料および技術の評価」と題された報告書は、この方法で製造された水素は、90ジュール/メガジュール（MJ）に相当するタンクCO2排出量がHFOとMGO以上であると指摘している。この記事の執筆時点で、世界の大部分の水素はこれらの方法を使用して製造されています。
注目を集めている他の方法は、水素を製造するための電気分解の使用である。電気分解プロセスの間に、水を水素と酸素に分離するために電気が使用されます。

これは、高分子電解質膜（PEM）、アルカリ、固体酸化物電解槽など、材料、製造温度、プロセス内での反応の仕方など、さまざまな電解槽によって実現されています。機器に電力を供給するために使用される電力が、風力、太陽光、原子力、バイオガスなどの再生可能エネルギー源から供給される場合、電気分解は「グリーン」と見なされます。
Water-Go-Roundプロジェクトでは、まだ水素供給業者とそれに関連する水素製造方法が決定されていませんが、100％再生可能水素の採用は「段階的に行われる必要がある」とPratt博士は考えています。彼は、広く採用されるためには、「ソリューションは経済的に実行可能でなければならない…政府主導のイニシアチブではサポートされず、市場主導でなければならない」と考えている。現在、再生可能水素は従来の水素よりも高価です。」

「再生可能な水素が目標ですが、それは今日経済的に実行可能な解決策を提供しません」。 Pratt博士の現在の戦略は、「経済的に実行可能な容器と従来の水素から始めて、それからそれを実行可能にするコストレベルを達成するのでより高い再生可能量に移行することです。我々が今日両方をやろうとするならば、全体的な効果は技術一般の受け入れの遅れであるかもしれません。

水素は経済的か
ウォーターゴーラウンドプロジェクトとの関連で水素燃料電池技術の経済的実現可能性を議論する際、プラット博士は、「水素燃料電池船の主な価値提案は、船の全体的なコスト削減にある」と指摘している。船の所有者は二度と完全な「再電源投入」を行う必要はありません。最初に、何百もの可動部品を備えた機械式エンジンから燃料電池のソリッドステートシステムに行きます。第二に、人生の終わりにあなたはエンジンを交換する必要はありません。むしろ、ライフサイクルを超えた燃料電池を交換する必要があるだけです。全体としてこれはメンテナンスの削減とダウンタイムの削減につながり、最終的には船舶の全体的な運用とメンテナンスのコストを削減します。

Pratt博士はまた、水素燃料電池システムに切り替えることの二次的な価値提案は、同船舶が同等のディーゼルエンジンよりもはるかに静かであり、機内汚染がないことであると述べた。これは多くの可能性を切り開きます。例えば、船舶所有者は騒音や大気汚染が少ないため、「協議会」や「自然探検会」のような非伝統的な客船憲章を採用することができます。

未来
Water-Go-Roundプロジェクトは、最初の航海や英国のHYSEAS IIIプロジェクトやノルウェーのHYBRIDskipプロジェクトなど、さまざまな段階で実行されているため、海洋水素技術が概念から急速に発展していることは明らかです。地球規模での創造。海洋燃料としての液化天然ガス（LNG）の主流の受け入れと同様に、水素も同様の広範な採用を達成するであろう。 Pratt博士は、水素燃料電池船は当初、フェリー、タグボート、沿岸貿易業者などの固定ルートを持つ船の中で、MARPOLの附属書VIに設定された排出管理区域のようなより厳しい排出管理区域に集まると主張する。水素生産が世界的に広がるにつれて、コンテナ船のようなより可変的な航路を持つ大型船がこの技術を採用し始めるかもしれません。コンテナ船の規模の経済性に注目して、Pratt博士は港で「1つのコンテナ船が新しい水素製造施設を正当化する可能性がある」と速やかに指摘しています。

著者について

Joseph DiRenzoは、米国沿岸警備隊で10年近くの海上経験を持つ技術プロジェクトマネージャおよびプロのエンジニアです。彼の最後のツアーは、コネチカット州ニューロンドンの沿岸警備隊研究開発センターで、他のプロジェクトの中でも、沿岸警備隊の新しい内陸河川入札のための液化天然ガス（LNG）の使用に関するフィージビリティスタディを導いた。再生可能な海洋技術に強い関心を抱いて、彼は2012年にノルウェーのトロンハイムにあるノルウェー科学技術大学で海洋天然ガス技術を研究するためにフルブライト奨学金を受けました。海事分野でのLNGの使用に関する業界出版物や学術誌に多数の記事を書いています。彼の沿岸警備隊の経歴の間に、彼は合衆国の両沿岸で多数の海上任務を実施して、オペレーションズオフィサーとして部長ツアーを含む2つの異なる船に勤めました。