Valutazione del ruolo dell'idrogeno compresso nella decarbonizzazione marittima

Il gruppo norvegese Hexagon è noto per i sistemi di alimentazione alternativi che fornisce ai veicoli commerciali, tra cui serbatoi compositi ad alta pressione per lo stoccaggio del carburante a bordo. Nel 2021, l'azienda ha fondato una nuova divisione, Hexagon Purus Maritime.

Nel 2021, Hexagon Purus ha aderito al progetto ZeroCoaster per esplorare l'idrogeno nelle applicazioni marittime. (Immagine: Hexagon Purus)

"La strategia era quella di impiegare ingegneri con esperienza nel settore marittimo e di adattare la tecnologia del resto dell'Hexagon Group alle applicazioni di spedizione", ha affermato Robert Haugen, amministratore delegato di Hexagon Purus Maritime.

Haugen ha lavorato nel settore marittimo prima di entrare in Hexagon, occupandosi anche di un incarico operativo a bordo di un grande peschereccio sudamericano. Ha affrontato l'argomento dell'uso dell'idrogeno compresso per le imbarcazioni marittime durante un recente webinar "Mission Hydrogen".

"Quando ho accettato l'incarico in Hexagon, la mia motivazione era quella di continuare a lavorare per avere un impatto positivo sull'ambiente rendendo la tecnologia Hexagon disponibile anche nel settore marittimo", ha affermato.

Varietà di imbarcazioni marittime

Secondo Haugen, per capire perché un numero sempre maggiore di imbarcazioni marittime non disponga di soluzioni a zero emissioni come l'idrogeno compresso, è necessario iniziare a definire cos'è un'imbarcazione marittima, data la grande varietà di imbarcazioni e navi commerciali, che spaziano dalle grandi navi cargo ai traghetti veloci, dalle imbarcazioni da diporto alle chiatte.

"Tutte queste imbarcazioni hanno forme, consumi energetici e scopi molto diversi", ha affermato. "Seguono norme e regolamenti diversi. Trasportano tipi di merci diversi. Guadagnano il loro valore in modi diversi. Alcune navi si muovono in aree locali limitate, mentre altre attraversano vasti oceani".

Haugen ha aggiunto: "Quando si sviluppano sistemi di alimentazione a idrogeno, è necessario comprendere la complessità e le differenze tra ogni imbarcazione e tipologia di imbarcazione. Ad esempio, un traghetto veloce avrà esigenze molto diverse da una nave portarinfuse. Dove verrà stoccato il carburante? Quali saranno le zone di sicurezza? Chi gestirà e manterrà il sistema?"

Un ulteriore problema è che non esistono istruzioni specifiche per l'uso dell'idrogeno compresso nella maggior parte dei tipi di navi.

"Ogni modalità di progetto passa attraverso quella che chiamano una progettazione navale alternativa, attraverso la normativa IMO 1455, in cui il compito è dimostrare attraverso un'analisi di sicurezza che il sistema di alimentazione a idrogeno compresso è sicuro quanto o più sicuro dei sistemi di alimentazione esistenti", ha affermato Haugen.

Comprensione dei cicli di lavoro

La tipologia di nave non è l'unica fonte di varietà. Le imbarcazioni marittime operano in uno spettro di cicli di lavoro che devono essere considerati nella progettazione dell'idrogeno compresso.

Uffici di Hexagon Purus Maritime ad Ålesund, Norvegia. (Foto: esagono Purus)

"L'idrogeno compresso occupa molto spazio a bordo, molto più del diesel convenzionale", ha affermato Haugen. Ha aggiunto che per la maggior parte delle imbarcazioni diesel, il carburante viene immagazzinato sul fondo dello scafo, che funge da zavorra e stabilizza la nave.

"In alcuni casi, si può portare carburante che duri mesi", ha detto. "Quindi, il modello operativo attuale prevede di rifornire la nave e di dimenticarsene per un lungo periodo."

Tuttavia, ha affermato Haugen, questo non è necessariamente il caso, poiché sono molte le imbarcazioni che non operano per lunghi periodi senza la possibilità di rifornirsi regolarmente.

"Alcune imbarcazioni si muovono lungo la costa o risalgono e scendono lungo un fiume", ha detto. "Molte imbarcazioni impiegano molto tempo a scaricare o caricare merci. Queste imbarcazioni sono adatte all'idrogeno compresso".

Tuttavia, l'adozione dell'idrogeno compresso richiede un cambiamento di mentalità tra gli armatori e gli operatori di navi marittime.

"Dobbiamo considerare che molti armatori hanno fatto lo stesso in termini di rifornimento di carburante per generazioni", ha affermato Haugen.

Ciononostante esistono anche storie di successo.

"Abbiamo due traghetti operativi a soli 50 minuti dal nostro ufficio sulla costa occidentale della Norvegia", ha affermato. "La traversata dura solo 23 minuti. I due traghetti precedenti consumavano 80 litri di gasolio per attraversare il fiordo. Ora, due traghetti completamente elettrici stanno facendo lo stesso lavoro, consumando 480 kWh per attraversare il fiordo."

Secondo Haugen, i traghetti si ricaricano a ogni capolinea in soli sei minuti utilizzando un caricabatterie da 6 MW.

Tuttavia, il traghetto potrebbe avere un'autonomia maggiore se funzionasse a idrogeno compresso. Haugen ha affermato che potrebbe operare tutto il giorno – effettuando 44 traversate – senza rifornimento, con un serbatoio di carburante delle dimensioni di un container da 40 piedi.

"Questo traghetto non è operativo nel cuore della notte, il momento perfetto per il rifornimento", ha affermato. "Questo è un esempio di come dobbiamo ripensare i modelli operativi per facilitare operazioni a zero emissioni".

Focus sull'efficienza energetica

Secondo Haugen, progettare per l'idrogeno compresso significa valutare il consumo energetico a bordo dell'imbarcazione. Fortunatamente, il settore ha compiuto grandi progressi nella promozione dell'efficienza energetica.

"L'ugello sull'elica, l'ottimizzazione dello scafo, la riduzione dei picchi di potenza con le batterie e il recupero di calore sono tutti importanti miglioramenti in termini di efficienza energetica che si trovano oggi sulle imbarcazioni", ha affermato Haugen. "Questa è una buona notizia per tutti i nuovi carburanti a zero emissioni, la cui densità energetica è inferiore a quella dei carburanti tradizionali. Un chilogrammo di idrogeno porta [più lontano] se l'efficienza energetica è ottimizzata".

Considerando tutte le soluzioni

Nel valutare se l'idrogeno compresso è adatto a una determinata imbarcazione, Haugen ha affermato che Hexagon tiene conto dell'intero spettro di potenza a zero emissioni.

Bombole di carburante ad alta pressione all'interno degli uffici di Hexagon Purus Maritime. (Foto: Hexagon Purus)

"Se possibile, dal punto di vista della nave e del profilo operativo – inclusa la disponibilità della rete elettrica – consigliamo sempre il funzionamento a batteria", ha affermato. "Questo è il modo più efficiente di utilizzare l'energia."

Ciononostante, Haugen ha fatto notare che la maggior parte delle imbarcazioni sono troppo grandi perché una soluzione elettrica a batteria (BE) sia fattibile e per molte, la ricarica efficace è un problema.

"Quando l'energia della batteria da sola non basta, entra in gioco l'idrogeno compresso", ha affermato, aggiungendo che dopo l'energia BE, l'idrogeno compresso è la fonte di energia a zero emissioni più efficiente.

Haugen ha elencato una varietà di imbarcazioni per le quali l'idrogeno compresso rappresenta spesso una buona soluzione. Tra queste, navi passeggeri, traghetti e traghetti veloci, navi roll-on-roll-off, chiatte per la navigazione interna, navi di servizio e rifornimento, navi per il trasporto del pesce, navi cargo e "tutte le imbarcazioni con un'attività costiera prevedibile e un massimo di un paio di giorni di operatività tra un rifornimento e l'altro".

La complessità delle navi rimane un fattore limitante, ha affermato. Le navi con un fabbisogno energetico più significativo possono utilizzare altri combustibili a idrogeno, come l'idrogeno liquefatto.

"Con l'idrogeno liquido si perde più energia, ma in grandi quantità occupa meno spazio", ha affermato Haugen.

Nessuna soluzione miracolosa

Indipendentemente dalla soluzione, Haugen ha affermato che sono necessarie urgentemente soluzioni di energia marittima a zero emissioni.

"Dobbiamo dialogare con armatori, progettisti e cantieri navali per spiegare loro cosa è possibile e cosa non lo è", ha affermato. "Dobbiamo comprendere le differenze tra le imbarcazioni marittime e le loro diverse esigenze e limitazioni".

Haugen ha aggiunto che i carburanti alternativi come l'idrogeno compresso avranno uno scopo unico nel settore marittimo.

"Non esisterà un carburante che possa essere la soluzione definitiva per il futuro, come il diesel ha fatto finora per l'intero mercato", ha affermato. "L'idrogeno verde avrà un ruolo importante".