Avaliação do papel do hidrogênio comprimido na descarbonização marítima

O Grupo Hexagon, da Noruega, é conhecido pelos sistemas de combustível alternativo que fornece para veículos comerciais, incluindo tanques de compósito de alta pressão para armazenamento de combustível a bordo. Em 2021, a empresa criou uma nova divisão, a Hexagon Purus Maritime.

Em 2021, a Hexagon Purus aderiu ao projeto ZeroCoaster para explorar o hidrogênio em aplicações marítimas. (Imagem: Hexagon Purus)

“A estratégia era empregar engenheiros com experiência marítima e adaptar a tecnologia do restante do Hexagon Group às aplicações de transporte marítimo”, disse Robert Haugen, diretor administrativo da Hexagon Purus Maritime.

Haugen trabalhou no setor marítimo antes de ingressar na Hexagon, incluindo uma passagem operacional por um grande navio pesqueiro sul-americano. Ele abordou o uso de hidrogênio comprimido em embarcações marítimas durante um webinar recente da Mission Hydrogen.

“Quando assumi o cargo na Hexagon, minha motivação era continuar trabalhando para gerar um impacto positivo no meio ambiente, disponibilizando a tecnologia Hexagon também no segmento marítimo”, disse ele.

Variedade de embarcações marítimas

Segundo Haugen, para entender por que mais embarcações marítimas não contam com soluções de emissão zero, como o hidrogênio comprimido, é preciso começar pela definição do que é uma embarcação marítima, visto que existe uma grande variedade de embarcações e navios comerciais. Elas incluem desde grandes cargueiros a balsas rápidas, passando por embarcações de lazer e barcaças.

“Todas essas embarcações têm formatos, consumos de energia e propósitos muito diferentes”, disse ele. “Elas seguem regras e regulamentos diferentes. Transportam diferentes tipos de carga. Elas auferem seu valor de maneiras diferentes. Algumas embarcações se deslocam em áreas locais limitadas, enquanto outras cruzam grandes oceanos.”

Haugen acrescentou: “A complexidade e as diferenças entre cada embarcação e tipo de embarcação precisam ser compreendidas ao desenvolver sistemas de combustível de hidrogênio. Por exemplo, uma balsa rápida terá necessidades muito diferentes de um graneleiro. Para onde será armazenado o combustível? Quais serão as zonas de segurança? Quem operará e manterá o sistema?”

Um problema adicional é o fato de não haver instruções específicas para o uso de hidrogênio comprimido na maioria dos tipos de navios.

“Cada modo de projeto passa pelo que eles chamam de projeto alternativo de navio, por meio do regulamento IMO 1455, onde a tarefa é provar por meio de análise de segurança que o sistema de combustível de hidrogênio comprimido é tão seguro ou mais seguro do que os sistemas de combustível existentes”, disse Haugen.

Compreendendo os ciclos de trabalho

O tipo de embarcação não é a única fonte de variedade. Embarcações marítimas operam em um espectro de ciclos de trabalho que devem ser considerados na engenharia de hidrogênio comprimido.

Escritórios da Hexagon Purus Maritime em Ålesund, Noruega. (Foto: Hexágono Purus)

“O combustível de hidrogênio comprimido ocupa muito espaço a bordo — muito mais do que o diesel convencional”, disse Haugen. Ele acrescentou que, na maioria dos navios a diesel, o combustível é armazenado na parte inferior do casco, que atua como lastro e estabiliza o navio.

“Em alguns casos, é possível levar combustível para meses”, disse ele. “Então, o padrão operacional hoje é abastecer o navio e esquecê-lo por um longo tempo.”

No entanto, isso não precisa ser o caso, disse Haugen, pois há muitas embarcações que não operam por longos períodos sem a capacidade de reabastecimento regular.

“Algumas embarcações navegam ao longo da costa ou sobem e descem um rio”, disse ele. “Muitas embarcações passam muito tempo descarregando ou carregando cargas. Essas embarcações são adequadas para hidrogênio comprimido.”

No entanto, a adoção do hidrogênio comprimido exige uma mudança de mentalidade entre os proprietários e operadores de embarcações marítimas.

“Temos que considerar que muitos proprietários de embarcações fazem o mesmo em termos de abastecimento há gerações”, disse Haugen.

No entanto, histórias de sucesso existem.

“Temos duas balsas operando a apenas 50 minutos do nosso escritório na costa oeste da Noruega”, disse ele. “A travessia leva apenas 23 minutos. As duas balsas anteriores usavam 80 litros de diesel para cruzar o fiorde. Agora, duas balsas totalmente elétricas fazem o mesmo trabalho, usando 480 kWh para cruzar o fiorde.”

De acordo com Haugen, as balsas recarregam em cada extremidade da viagem em apenas seis minutos usando um carregador de 6 MW.

No entanto, a balsa poderia ter um alcance maior se operasse com hidrogênio comprimido. Haugen disse que ela seria capaz de operar o dia todo — fazendo 44 travessias — sem reabastecimento, com base em um tanque de combustível do tamanho aproximado de um contêiner de 12 metros.

“Esta balsa não opera no meio da noite — um horário perfeito para reabastecimento”, disse ele. “Este é um exemplo de como precisamos repensar os padrões operacionais para facilitar a operação com emissão zero.”

Foco em Eficiência Energética

Segundo Haugen, projetar para hidrogênio comprimido significa avaliar o consumo de energia a bordo da embarcação. Felizmente, a indústria tem feito grandes avanços na promoção da eficiência energética.

“O bocal na hélice, a otimização do casco, o corte de pico com baterias e a recuperação de calor são grandes melhorias em eficiência energética que você encontrará nas embarcações hoje em dia”, disse Haugen. “Esta é uma boa notícia para todos os novos combustíveis de emissão zero, cuja densidade energética é menor do que a dos combustíveis tradicionais. Um quilo de hidrogênio leva você [mais longe] se a eficiência energética for otimizada.”

Considerando todas as soluções

Ao avaliar se o hidrogênio comprimido é apropriado para uma determinada embarcação, Haugen disse que a Hexagon está ciente de todo o espectro de energia de emissão zero.

Cilindros de combustível de alta pressão dentro dos escritórios da Hexagon Purus Maritime. (Foto: Hexagon Purus)

“Se possível, do ponto de vista da embarcação e do perfil operacional — incluindo a disponibilidade da rede elétrica —, sempre sugerimos a operação com bateria completa”, disse ele. “Esta é a maneira mais eficiente de usar a energia.”

No entanto, Haugen observou que a maioria das embarcações é grande demais para que uma solução elétrica a bateria (BE) seja viável e, para muitas, recarregar de forma eficaz é uma preocupação.

“Quando a energia da bateria por si só não é suficiente, o hidrogênio comprimido entra”, disse ele, acrescentando que, depois da energia BE, o hidrogênio comprimido é a fonte de energia com emissão zero mais eficiente.

Haugen listou uma variedade de embarcações para as quais o hidrogênio comprimido costuma ser uma boa solução. Entre elas, estão embarcações de passageiros, balsas e balsas rápidas, embarcações roll-on-roll-off, barcaças de navegação interior, embarcações de serviço e abastecimento, navios pesqueiros, navios de carga e "todas as embarcações com operação costeira previsível e um máximo de dois dias de operação entre abastecimentos de combustível".

A complexidade dos navios continua sendo um fator limitante, afirmou ele. Embarcações com necessidades energéticas mais significativas podem usar outros combustíveis de hidrogênio, como o hidrogênio liquefeito.

“Você perde mais energia com o hidrogênio líquido, mas ele ocupa menos espaço em quantidades maiores”, disse Haugen.

Nenhuma bala de prata

Independentemente da solução, Haugen disse que soluções de energia marítima com emissão zero são urgentemente necessárias.

“Precisamos dialogar com armadores, projetistas e estaleiros para educá-los sobre o que é possível e o que não é”, disse ele. “Precisamos entender as diferenças entre as embarcações marítimas e suas diferentes necessidades e limitações.”

Haugen acrescentou que combustíveis alternativos, como hidrogênio comprimido, terão um propósito único no setor marítimo.

“Não haverá um combustível milagroso para o futuro, da mesma forma que o diesel conseguia atender a todo o mercado até agora”, disse ele. “O hidrogênio verde desempenhará um papel importante.”