Hidrógeno en el ámbito marítimo

Dadas las últimas restricciones impuestas por la Organización Marítima Internacional a las emisiones contaminantes emitidas por los buques en el ANEXO VI de la Convenio internacional para prevenir la contaminación por los buques (MARPOL), las empresas navieras del mundo han buscado diferentes alternativas para cumplir con este requerimiento. Una de ellas es el “scrubber” (un dispositivo usado para lavar los gases de escape y neutralizar los gases contaminantes).

El “scrubber”, además de complejizar la operación de un buque, no representa una verdadera solución en cuanto a la contaminación sino que transforma la contaminación de los gases de escape de los motores en otro tipo de material contaminante, normalmente líquido, como lo es el “sludge”, también conocido como “lodo” (el cual debe ser depositado en puerto o quemado).

Sin embargo, existe otra alternativa.

Experimentos que realicé en un motor mono cilíndrico Diésel, demuestran que se puede utilizar una pequeña adición de hidrógeno en la admisión de un motor Diésel, con muy pocas modificaciones, y éste reduce el óxido de nitrógeno y el óxido de azufre, controlados por el Anexo VI de MARPOL, de forma significativa.

Los experimentos se realizaron bajo diferentes condiciones de carga y velocidades del motor y las mediciones de los gases de escape fueron realizadas por una empresa ajena al grupo de trabajo, lo que garantiza la objetividad de los resultados.

Características del motor utilizado durante la experimentación

  • Modelo: CF186F
  • Tipo: Vertical, mono cilíndrico, 4 tiempos,
  • Sistema de refrigeración: Por aire
  • Sistema de combustión:| Inyección directa
  • Desplazamiento total: 406 cc
  • Dimensiones del cilindro: 86 x 70 m

 

Vista de la modificación de la admisión de aire

Resultado de los experimentos a 1.950 RPM

 

Dicha prueba se realizó con el motor en vacío y revoluciones constantes a media marcha,
teniendo en cuenta que el máximo de revoluciones de dicho motor es de 3.000 RPM.

Resultado de los experimentos a 2.850 RPM

 

También con el motor en vacío, pero esta vez a mayor velocidad.

 

 

Resultados de una tercera prueba con carga

¿Cómo se logra la implementación del gas a barcos existentes?

Esto se podría hacer colocando tanques de hidrógeno sobre cubierta y ello para permitir que, en caso de fugas, el hidrógeno se disipe en la atmósfera evitando cualquier situación de riesgo. Es importante destacar que el motor continúa funcionando con su combustible original no dependiendo del hidrógeno para funcionar.

Aplicación a un buque de Bandera Nacional

Estos cálculos, que se realizan de forma teórica, tienen el fin de demostrar que es posible colocar hidrógeno sobre la cubierta de un buque. La referencia tomada es un Ferry de la empresa Colonia Express (el buque lleva el mismo nombre) que actualmente realiza el recorrido Colonia – Buenos Aires – Colonia.

Es un catamarán pequeño cuyo recorrido lleva una hora de navegación.

  • Ferry: Colonia Express
  • Datos generales:
  • Eslora:                              39 m
  • Manga:                 9,5 m
  • Desplazamiento:             409 TRB
  • Datos del Jefe de máquinas:
  • Consumo:             850 litros por hora (un viaje) ,4 viajes por día
  • Marca y modelo del motor: CAT 3516
  • Potencia: 2500 HP X 2 motores
  • Revoluciones de trabajo: 870 RPM
  • Características de los porrones de Hidrógeno en plaza (según Datos de Air Liquide Uruguay):
  • Tanque de 200 kg/cm2 y 9,0 m3
  • 1 m3 equivale a 0,0852 kg
  • 0,0852 kg/ m3 x 9,0 m3 = 0,7668 kg por porrón
  • Cantidad de porrones de Hidrógeno requeridos si proporciona un 5% de la energía consumida.

Se calcula:

  1. a) La energía total consumida por el motor en una hora a partir del poder calorífico y densidad del gasóleo.

850 litros/hora x 42.700 kJ/kg x 0,84 kg/ litros = 3 x107 kJ/hora

  1. b) La energía que debe proporcionar el Hidrógeno si proporciona el 5% de la energía total.

3 x 107 kJ /hora x 0,05 = 1,5 x 106 kJ/hora

  1. c) Cuanta masa de Hidrógeno equivale a esa cantidad de energía.

1,5 x 106 kJ/hora / 120.000 kJ/kg= 12,7 kg de Hidrógeno.

  1. d) Cuantos porrones se necesitan para almacenar esa masa de Hidrógeno

12,7 kg de Hidrógeno / 0,7668 kg por porrón = 17 porrones

Si se utiliza una jaula metálica es viable almacenar los 17 porrones. Es posible reponer el conjunto en bloque de porrones con la grúa de a bordo cada vez que llega a puerto.

Otro procedimiento para repostar Hidrógeno consiste en utilizar un sistema de carga similar al de los autos siendo el tiempo de recarga de los porrones en el puerto es de, aproximadamente, 15 minutos.

¿Por qué es importante para Uruguay?

Uruguay no tiene petróleo pero tiene un excedente de energía eléctrica de fuentes renovables que puede ser utilizado para generar hidrógeno. Al día de hoy el objetivo de su uso sería reducir emisiones pero, a largo plazo, puede ser el sustituto del gas oíl marino. Este es un cambio necesario, debido a que el uso de fuel oíl o cualquier hidrocarburo es insostenible a largo plazo.

Entonces, añadir hidrógeno a la admisión en pequeñas cantidades no solo reduce emisiones sino que también ayuda a crear una infraestructura única en la región, implicando un nuevo cambio en la matriz energética y posicionando a Uruguay como líder en la producción de dicho combustible.

El hidrógeno, en el futuro, no sólo va a ser utilizado en barcos sino también en camiones y otros vehículos de alta demanda de energía, donde las baterías no puedan ser utilizadas por su elevado peso en relación a la energía que poseen. .

Los barcos del futuro van a estar propulsados por motores eléctricos y alimentados por una celda de combustible, lo que los va a ser más silenciosos, fiables y eficientes por tener menos piezas móviles. Puede parecer “ciencia ficción”, pero al día de hoy Japón, el puerto de Rotterdam y Australia ya están dispuestos a comprar todo el hidrógeno que Uruguay produzca a partir de su energía renovable.

 

Mucho se está investigando a nivel nacional e internacional acerca del hidrógeno y entre ellos la Facultad de Ciencias y ANCAP.

 

La originalidad de esta idea radica en que es una forma gradual de introducir el cambio de combustible mediante una pequeña adición de hidrógeno para reducir emisiones. De esta forma, se crea la infraestructura necesaria para, algún día, no depender de los hidrocarburos como combustible, con el beneficio ambiental y económico que tendría para el país y el mundo.

Por supuesto, el uso de hidrógeno no está libre de obstáculos. Como toda nueva tecnología debe afrontar problemas de competitividad, desarrollo de infraestructura y capacitación de personal. Sin embargo, aquellos que apuesten por la investigación luego estarán mejor preparados para el futuro. A diferencia del petróleo, Uruguay cuenta con características geográficas y de generación de energía eléctrica favorables para la implementación de este nuevo combustible y perfectamente, podría ser un exportador de combustibles por primera vez en su historia.

Fuente: Diario el observador del 21/12/2020.
https://www.elobservador.com.uy/nota/que-es-el-hidrogeno-verde-el-energetico-que-uruguay-comienza-a-explorar-y-puede-exportar–20201221145135

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