Evaluación del papel del hidrógeno comprimido en la descarbonización marítima

El Grupo Hexagon de Noruega es conocido por sus sistemas de combustible alternativo para vehículos comerciales, que incluyen tanques compuestos de alta presión para el almacenamiento de combustible a bordo. En 2021, la compañía creó una nueva división: Hexagon Purus Maritime.

En 2021, Hexagon Purus se unió al proyecto ZeroCoaster para explorar el hidrógeno en aplicaciones marítimas. (Imagen: Hexagon Purus)

“La estrategia fue emplear ingenieros con experiencia marítima y adaptar la tecnología del resto del Grupo Hexagon a las aplicaciones de transporte marítimo”, afirmó Robert Haugen, director general de Hexagon Purus Maritime.

Haugen trabajó en el sector marítimo antes de incorporarse a Hexagon, incluyendo una experiencia operativa en un gran buque pesquero sudamericano. Abordó el uso del hidrógeno comprimido en buques marítimos durante un reciente seminario web de Mission Hydrogen.

“Cuando asumí el puesto en Hexagon, mi motivación era seguir trabajando para generar un impacto positivo en el medio ambiente haciendo que la tecnología de Hexagon esté disponible también en el segmento marítimo”, afirmó.

Variedad de buques marítimos

Según Haugen, para comprender por qué más buques marítimos no cuentan con soluciones de cero emisiones como el hidrógeno comprimido, es necesario empezar por definir qué es un buque marítimo, ya que existe una gran variedad de barcos comerciales y buques. Estos incluyen desde grandes cargueros hasta transbordadores rápidos, embarcaciones de recreo y barcazas.

“Todos estos buques tienen formas, consumos de energía y propósitos muy diferentes”, dijo. “Siguen normas y regulaciones diferentes. Transportan distintos tipos de carga. Obtienen su valor de distintas maneras. Algunos buques se mueven en zonas locales limitadas, mientras que otros cruzan grandes océanos”.

Haugen añadió: «Al desarrollar sistemas de combustible de hidrógeno, es necesario comprender la complejidad y las diferencias entre cada tipo de buque. Por ejemplo, un ferry rápido tendrá necesidades muy diferentes a las de un granelero. ¿Dónde se almacena el combustible? ¿Cuáles serán las zonas de seguridad? ¿Quién operará y mantendrá el sistema?».

Un problema adicional es que no existen instrucciones específicas para el uso de hidrógeno comprimido en la mayoría de los tipos de barcos.

“Cada modo de proyecto pasa por lo que llaman un diseño de barco alternativo, a través de la regulación IMO 1455, donde la tarea es demostrar mediante un análisis de seguridad que el sistema de combustible de hidrógeno comprimido es tan seguro o más seguro que los sistemas de combustible existentes”, dijo Haugen.

Comprensión de los ciclos de trabajo

El tipo de barco no es la única fuente de variedad. Los buques marítimos operan en un espectro de ciclos de trabajo que deben considerarse al diseñar el hidrógeno comprimido.

Oficinas de Hexagon Purus Maritime en Ålesund, Noruega. (Foto: Hexágono Purus)

“El combustible de hidrógeno comprimido ocupa mucho espacio a bordo, mucho más que el diésel convencional”, afirmó Haugen. Añadió que, en la mayoría de los buques diésel, el combustible se almacena en el fondo del casco, que actúa como lastre y estabiliza el buque.

“En algunos casos, se puede abastecer de combustible para meses”, dijo. “Por lo tanto, el patrón operativo actual es abastecer el buque y olvidarse de él durante un buen rato”.

Sin embargo, Haugen afirmó que ese no tiene por qué ser el caso, ya que hay muchos buques que no operan durante períodos prolongados sin la capacidad de reabastecerse de combustible regularmente.

“Algunos buques navegan a lo largo de la costa o río arriba y río abajo”, dijo. “Muchos pasan mucho tiempo cargando o descargando mercancía. Estos buques son ideales para el hidrógeno comprimido”.

Sin embargo, la adopción de hidrógeno comprimido requiere un cambio de mentalidad entre los propietarios y operadores de buques marítimos.

“Tenemos que tener en cuenta que muchos de los propietarios de buques han hecho lo mismo en términos de abastecimiento de combustible durante generaciones”, dijo Haugen.

Sin embargo, existen historias de éxito.

“Tenemos dos transbordadores operando a solo 50 minutos de nuestra oficina en la costa oeste de Noruega”, dijo. “La travesía toma solo 23 minutos. Los dos transbordadores anteriores usaban 80 litros de diésel para cruzar el fiordo. Ahora, dos transbordadores totalmente eléctricos realizan la misma tarea, utilizando 480 kWh para cruzar el fiordo”.

Según Haugen, los transbordadores se recargan en cada extremo de su recorrido en sólo seis minutos utilizando un cargador de 6 MW.

Sin embargo, el ferry podría tener una mayor autonomía si funcionara con hidrógeno comprimido. Haugen afirmó que podría operar todo el día, realizando 44 travesías, sin repostar, con un tanque de combustible del tamaño aproximado de un contenedor de 12 metros.

“Este ferry no opera en plena noche, un momento ideal para repostar”, dijo. “Este es un ejemplo de cómo debemos replantearnos los patrones operativos para facilitar una operación con cero emisiones”.

Enfoque en la eficiencia energética

Según Haugen, diseñar para hidrógeno comprimido implica evaluar el consumo energético a bordo del buque. Afortunadamente, la industria ha avanzado mucho en la promoción de la eficiencia energética.

“La tobera de la hélice, la optimización del casco, la reducción de picos de demanda con baterías y la recuperación de calor son importantes mejoras de eficiencia energética que encontrará en los buques actuales”, afirmó Haugen. “Estas son buenas noticias para todos los nuevos combustibles de cero emisiones, cuya densidad energética es menor que la de los combustibles tradicionales. Un kilogramo de hidrógeno le permite llegar más lejos si se optimiza la eficiencia energética”.

Considerando todas las soluciones

Al evaluar si el hidrógeno comprimido es apropiado para un determinado recipiente, Haugen dijo que Hexagon tiene en cuenta todo el espectro de energía de cero emisiones.

Cilindros de combustible de alta presión en las oficinas de Hexagon Purus Maritime. (Foto: Hexagon Purus)

“Si es posible, desde el punto de vista del buque y del perfil operativo, incluyendo la disponibilidad de la red eléctrica, siempre sugerimos el funcionamiento con batería completa”, afirmó. “Esta es la forma más eficiente de utilizar la energía”.

Sin embargo, Haugen señaló que la mayoría de los buques son demasiado grandes para que una solución eléctrica a batería (BE) sea viable y, para muchos, la recarga efectiva es una preocupación.

“Cuando la energía de las baterías por sí sola no es suficiente, entra en juego el hidrógeno comprimido”, dijo, y agregó que después de la energía BE, el hidrógeno comprimido es la fuente de energía con cero emisiones más eficiente.

Haugen enumeró diversos buques para los que el hidrógeno comprimido suele ser una buena solución. Entre ellos se incluyen buques de pasajeros, transbordadores y transbordadores rápidos, buques de carga rodada, barcazas fluviales, buques de servicio y suministro, buques de transporte de pescado, buques de carga y «todos los buques con operación costera predecible y un máximo de un par de días de operación entre recargas de combustible».

La complejidad de los buques sigue siendo un factor limitante, afirmó. Los buques con mayores necesidades energéticas pueden utilizar otros combustibles de hidrógeno, como el hidrógeno licuado.

“Se pierde más energía con hidrógeno líquido, pero ocupa menos espacio en grandes cantidades”, explicó Haugen.

No hay bala de plata

Independientemente de la solución, Haugen dijo que se necesitan urgentemente soluciones de energía marítima con cero emisiones.

“Necesitamos dialogar con armadores, diseñadores y astilleros para educarlos sobre lo que es posible y lo que no”, dijo. “Necesitamos comprender las diferencias entre los buques marítimos y sus distintas necesidades y limitaciones”.

Haugen añadió que los combustibles alternativos, como el hidrógeno comprimido, cumplirán una función única en el sector marítimo.

“No habrá una fórmula mágica para el futuro, como el diésel, que hasta ahora cubría todo el mercado”, afirmó. “El hidrógeno verde desempeñará un papel importante”.