Primer diseño viable de buque de investigación con motor de hidrógeno

Ingenieros del Sandia National Laboratories han liderado el diseño y estudio de viabilidad de un buque de investigación impulsado por hidrógeno, que no altere en absoluto su entorno de trabajo.

Las pilas de combustible de hidrógeno han existido durante décadas, y existen múltiples ventajas de usarlas en lugar de motores diesel específicamente para propulsar barcos de investigación. Las pilas de combustible son tecnología de cero emisiones, por lo que no contaminarán muestras de aire o agua recogidas en áreas ecológicas sensibles. No hacen casi ningún ruido, por lo que no alterarán la vida marina ni interferirán con los muchos sensores que utilizan los científicos para escuchar el sonido en el océano.

Primer diseño viable de buque de investigación con motor de hidrógeno

El equipo del proyecto apodó al buque "Zero-V", abreviatura de buque de investigación sin emisiones. Reúne además al Instituto Scripps de Oceanografía en la Universidad de California, San Diego, Glosten, una firma de arquitectura naval; y DNV GL, una empresa global de control de calidad y gestión de riesgos que trabaja para la industria marítima.

¿Uno de los mayores beneficios adicionales de usar hidrógeno para impulsar un barco? No hay derrames de combustible ecológicamente dañinos. De acuerdo con el químico de Sandia y líder del proyecto Lennie Klebanoff, es imposible tener un derrame de hidrógeno contaminante en el agua: el hidrógeno se eleva por sí solo y finalmente escapa al espacio exterior.

Las pilas de combustible incluso generan agua tan pura que la tripulación del barco puede beberla (con acondicionamiento) o usarla para experimentos científicos, lo que reduce la necesidad de desalinizar agua de mar (que actualmente consume grandes cantidades de energía). Además, las pilas de combustible son dispositivos eléctricos y, como tales, ofrecen una respuesta de potencia más rápida que los motores de combustión interna.

Las pilas de combustible de hidrógeno han existido durante décadas, y existen múltiples ventajas de usarlas en lugar de motores diesel específicamente para propulsar barcos de investigación.

El proyecto Zero-V evolucionó a partir del trabajo anterior de Sandia en el SF-BREEZE, un ferry de 150 pasajeros impulsado por hidrógeno diseñado para operar en la Bahía de San Francisco.

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Todos los elementos del plan, incluido el diseño del barco, la distribución del peso y las opciones de reabastecimiento tuvieron que ser reevaluados para el Zero-V.

"En lugar de ir rápido por períodos cortos y transportar a mucha gente, el barco de investigación va más lento para distancias mucho más largas, transporta menos personas y debe permitir el funcionamiento de instrumental científico sensible", explicó Klebanoff. O en otras palabras, "El buque de investigación es un navío diferente de un ferry de pasajeros", dijo en un comunicado.

El mapeo o instalación de equipos en el fondo del océano requiere que el buque permanezca estable en un solo punto durante largos períodos de tiempo, incluso si hay viento u olas. Glosten determinó que la ayuda de los dispositivos de propulsión instalados en cada casco lateral permitiría al Zero-V mantener su posición con más de 25 nudos de viento y olas desde cualquier dirección.

Considerando que el SF-BREEZE requiere reabastecimiento de combustible después de 100 millas, el Zero-V debe alcvanzar al menos 2.400 millas o 15 días antes de requerir un repostaje; suficiente para ir de San Diego a Hawai. Dadas las grandes distancias que necesita recorrer, una terminal de reabastecimiento en una ubicación central no es lo que se necesita.

El equipo de Sandia encontró un enfoque innovador que permite a los proveedores de hidrógeno líquido conducir camiones de combustible directamente al barco en los puertos de escala. Por lo tanto, Zero-V requeriría poca inversión en infraestructura de combustible.

Sean Caughlan, de Glosten, dijo que encontrar un modo de almacenar los pesados tanques de hidrógeno con capacidad para al menos 18 científicos, 11 tripulantes y tres laboratorios era un desafío. Parte de la solución fue seleccionar un diseño de barco trimarán. Un trimarán tiene tres cascos paralelos y se usa generalmente para barcos de alta velocidad. El diseño ofrece una gran cantidad de espacio sobre cubierta para los tanques, y espacio adecuado bajo cubierta para otros instrumentos y maquinaria de ciencia.

El equipo diseñó el Zero-V utilizando tecnología probada de hidrógeno comercialmente disponible para que pudieran estar seguros de que funcionaría. Una vez completado, el diseño del buque fue revisado por DNV GL y la Guardia Costera de EE. UU. Ambos organismos reguladores, independientemente, llegaron a la misma conclusión: no hay problemas técnicos incompatibles con el diseño de Zero-V.

De hecho, el experto en hidrógeno de DNV GL, Gerd Petra Haugom, dice que el diseño de Zero-V muestra una comprensión esencial de las propiedades del hidrógeno relacionadas con la seguridad, y cómo se puede usar de forma segura en un buque. "Este proyecto ha sido una buena prueba de nuestras propias reglas y el enfoque de diseño alternativo para el uso de hidrógeno y pilas de combustible", dijo. "Los resultados de Zero-V serán parte de un punto de referencia para guiar nuestra evaluación de embarcaciones similares en el futuro".

Con un diseño sólido en su lugar, el siguiente paso para Zero-V es encontrar los fondos para construirlo. En comparación con los buques de investigación con motor diesel, el Zero-V tiene un costo de capital similar, pero costaría aproximadamente un 7 por ciento más para operar y mantener. Dados sus beneficios -mucho más silencioso, cero emisiones y sin riesgo de derrames de combustible contaminante-, Bruce Appelgate, que supervisa la flota de Scripps, espera que donantes de ideas afines se unan para apoyar el proyecto.

"Al igual que otras ideas revolucionarias, este enfoque inicialmente parece costoso. Pero la energía solar fue muy costosa no hace mucho tiempo, y ahora es asequible y ampliamente adoptada. Las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología tan transformadora. Producen energía limpia, silenciosa y no contaminante para los barcos al tiempo que permite capacidades científicas superiores ", dijo Applegate.

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