Em breve, a pesquisa marinha poderá ser possível sem o risco de poluir o ar ou o oceano. É graças a um novo projeto de navio e estudo de viabilidade liderado pelo Sandia National Laboratories.

As células de combustível de hidrogênio já existem há décadas, e há múltiplas vantagens em usá-los em vez de motores a diesel especificamente para alimentar navios de pesquisa. As células de combustível são tecnologia de emissão zero, para que não contaminem o ar ou as amostras de água coletadas em áreas ecológicas sensíveis. Eles quase não fazem barulho, para que não perturbem a vida marinha ou interfiram com os muitos sensores que os cientistas usam para ouvir o som no oceano.

Apesar dessas e de muitas outras vantagens, a viabilidade de um navio de pesquisa movido a hidrogênio nunca foi estudada ou comprovada. Até agora. Um relatório do Sandia divulgado este mês mostra que é técnica e economicamente viável construir tal embarcação de maneira consistente com os regulamentos marítimos. A equipe do projeto apelidou o navio de "Zero-V, "abreviação de navio de pesquisa com emissões zero.

Este projeto, liderado por Sandia, reuniu a Instituição Scripps de Oceanografia da Universidade da Califórnia, San Diego, Glosten, uma empresa de arquitetura naval; e DNV GL, uma empresa global de garantia de qualidade e gerenciamento de risco que trabalha para a indústria marítima. Foi financiado pela Administração Marítima do Departamento de Transportes (MARAD).

Um dos maiores benefícios adicionais de usar hidrogênio para mover um barco? Nenhum derramamento de combustível prejudicial ao meio ambiente. De acordo com o químico Sandia e líder do projeto Lennie Klebanoff, é impossível haver derramamento de hidrogênio poluente na água. Mais flutuante do que o hélio, o hidrogênio sobe por conta própria e, eventualmente, escapa para o espaço sideral.

"Se você estiver trabalhando em uma área ecológica sensível e derramar hidrogênio líquido lá, o combustível não apenas se remove deste ambiente, ele se remove do planeta, "Klebanoff disse.

As células de combustível até geram água tão pura que a tripulação do navio pode bebê-la (com condicionamento), ou usá-lo para experimentos científicos, reduzindo a necessidade de dessalinizar a água do mar (que atualmente consome grandes quantidades de energia). Também, células de combustível são dispositivos elétricos, e como tal, eles oferecem uma resposta de potência mais rápida do que os motores de combustão interna.

A experiência de Sandia nesta área vem de um portfólio de projetos de hidrogênio, cujos objetivos são desenvolver soluções de transporte eficientes com combustíveis domésticos limpos. O papel de Sandia era liderar o projeto, escolha o tipo de célula de combustível a ser usada, o método de armazenar o hidrogênio e fornecer informações sobre as propriedades relacionadas à segurança do hidrogênio para a Guarda Costeira dos EUA e o parceiro regulador DNV GL.

Navegando nos ventos do sucesso anterior

O projeto Zero-V evoluiu do trabalho anterior de Sandia no SF-BREEZE, uma balsa de passageiros movida a hidrogênio projetada para operar na Baía de São Francisco.

Já existiam pequenas embarcações de recreio movidas a hidrogênio feitas para distâncias muito curtas. Mas antes do SF-BREEZE, não havia um projeto que examinasse a viabilidade técnica e econômica de fornecer energia a grandes, barcos comerciais rápidos com hidrogênio, de acordo com Joe Pratt, que liderou o projeto SF-BREEZE para Sandia.

"Até fazermos o SF-BREEZE, muito poucas pessoas pensaram que você poderia impulsionar um navio de verdade, um empreendimento comercial, na energia da célula de combustível de hidrogênio, "Pratt disse." Além de provar que era tecnicamente possível, tínhamos que mostrar que seria um lápis economicamente, para que tivesse uma chance de entrar no mercado. "

Com base no SF-BREEZE e outros trabalhos relacionados, Pratt passou a acreditar tão fortemente no potencial comercial do hidrogênio que deixou Sandia para iniciar a Golden Gate Zero Emission Marine. A empresa constrói motores de célula de combustível de hidrogênio para o mercado marítimo.

O projeto SF-BREEZE acomoda 150 passageiros em quatro viagens de ida e volta de 50 milhas na Baía de São Francisco por dia, enquanto viaja a uma velocidade máxima de 35 nós (cerca de 39 milhas por hora). Garantir que a balsa pudesse atingir essa velocidade significava adotar um barco de 30 metros, projeto de catamarã ligeiramente mais longo do que o normal.

Todos os elementos do plano, incluindo o projeto do navio, distribuição de peso, e as opções de reabastecimento tiveram que ser reavaliadas para o Zero-V.

"Em vez de ir rápido por curtos períodos e carregar muitas pessoas, o navio de pesquisa vai mais devagar para distâncias muito maiores, transporta menos pessoas e deve permitir a operação de instrumentação científica sensível, "Klebanoff explicou. Ou em outras palavras, "O navio de pesquisa é um animal diferente de uma balsa de passageiros, " ele disse.

Navegando em torno dos desafios de design

Enquanto trabalhava no SF-BREEZE, Pratt e Klebanoff abordaram o Scripps Institution of Oceanography para ver se os pesquisadores estavam interessados ​​em uma embarcação movida a hidrogênio. Eles eram, se o Zero-V pudesse completar tarefas rotineiras para missões de pesquisa oceânicas, como estudos de ecossistemas marinhos, oceanografia física, risco de tsunami e pesquisa química do oceano.

O mapeamento ou instalação de equipamentos no fundo do oceano exige que um navio seja estável em um único ponto por longos períodos, mesmo se houver vento ou ondas. Glosten determinou que o auxílio de dispositivos de propulsão instalados em cada casco lateral permitiria ao Zero-V manter sua posição com mais de 25 nós de vento e ondas de qualquer direção.

Considerando que o SF-BREEZE requer reabastecimento após 100 milhas, o Zero-V precisa ir pelo menos 2, 400 milhas ou 15 dias antes de exigir um reabastecimento; o suficiente para ir de San Diego ao Havaí. Dadas as grandes distâncias que precisa viajar, um terminal de reabastecimento em um local central não é o que é necessário.

A equipe Sandia encontrou uma abordagem inovadora que permite aos fornecedores de hidrogênio líquido dirigir caminhões de combustível diretamente para o navio nos portos de escala. Assim, o Zero-V exigiria pouco investimento em infraestrutura de abastecimento.

Além dos requisitos mencionados,

Sean Caughlan, da Glosten, disse que encontrar uma maneira de armazenar os pesados ​​tanques de hidrogênio acomodando pelo menos 18 cientistas, 11 tripulantes e três laboratórios foi um desafio. Parte da solução foi selecionar um projeto de barco trimarã. Um trimarã tem três cascos paralelos, e geralmente é usado para barcos de alta velocidade. O projeto oferece muito espaço acima do convés para os tanques, e espaço adequado abaixo do convés para outros instrumentos e máquinas científicas.

Em direção a ventos moderados e mares violentos

A equipe projetou o Zero-V usando, tecnologia de hidrogênio disponível comercialmente para que pudessem ter certeza de que funcionaria. Depois de concluído, o projeto da embarcação foi revisado pela DNV GL e pela Guarda Costeira dos EUA. Ambos os órgãos reguladores chegaram independentemente à mesma conclusão:não há problemas técnicos "empolgantes" com o design do Zero-V.

Na verdade, O especialista em hidrogênio da DNV GL, Gerd Petra Haugom, diz que o projeto Zero-V mostra uma compreensão essencial das propriedades do hidrogênio relacionadas à segurança, e como ele pode ser usado com segurança em uma embarcação. "Este projeto tem sido um bom teste de nossas próprias regras e da abordagem de design alternativo para o uso de hidrogênio e células de combustível, "ela disse." Os resultados do Zero-V farão parte de uma referência para guiar nossa avaliação de embarcações semelhantes no futuro. "

Com um design sólido implementado, o próximo passo para o Zero-V é encontrar o financiamento para construí-lo. Em comparação com os navios de pesquisa movidos a diesel, o Zero-V tem um custo de capital semelhante, mas custaria cerca de 7% a mais para operar e manter. Dados seus benefícios - muito mais silencioso, emissões zero e nenhum risco de derramamento de combustível poluente - Bruce Appelgate, que supervisiona a frota Scripps, espera que doadores com ideias semelhantes apóiem ​​o projeto.

"Como outras ideias para mudar o jogo, esta abordagem inicialmente parece cara. Mas a energia solar era muito cara não muito tempo atrás, e agora é acessível e amplamente adotado. As células a combustível de hidrogênio são uma tecnologia igualmente transformadora. Eles produzem limpo, quieto, energia não poluente para os navios, ao mesmo tempo que permite capacidades científicas superiores, "Applegate disse." Construir e operar o Zero-V irá avançar significativamente a tecnologia de transporte marítimo dos EUA. "