挪威零排放航运公司Topeka这样设计两艘氢动力船舶

2021年12月，在欧洲自由贸易联盟监察委员会(ESA)的批准下，挪威气候与环境部下属国有企业Enova授予了挪威零排放航运公司Topeka的氢动力船舶项目2.19亿挪威克朗(约2500万美元)资金支持。获得这笔拨款意味着Topeka打造零排放氢动力船舶的目标距离成为现实又更近了一步。

Topeka是挪威海运巨头威尔森集团(Wilhelmsen Group)的一部分。威尔森集团是一家拥有一百多年发展历史的综合性国际海事集团，为全球商船船队提供产品和服务，以及船员和技术管理。谈到Topeka公司及其氢动力船舶项目设立的初衷，Topeka首席执行官Steinar Madsen告诉记者：“所有国家以及各行各业都必须采取气候行动，我们成立Topeka的目的就是要建造、拥有和运营零排放船舶，使我们的客户能够实现供应链脱碳。Topeka对面向近海和深海航运的各种脱碳解决方案进行了研究。我们相信，仅凭单一的解决方案无法解决航运业所面临的温室气体减排挑战。航运脱碳需要采用多种清洁燃料，具体则取决于燃料供应情况和所属的运输部门。”

Topeka项目也是威尔森集团与康士伯海事、Norled、戴安娜航运等13家欧洲合作伙伴共同开展的HyShip项目的一部分，该项目已经在2020年底获得了来自欧盟“地平线2020”计划的800万欧元(约940万美元)资助。除了设计和建造由绿色液氢驱动的新型滚装示范船之外，该项目还计划建立可行的液氢供应链和加注平台，以降低液氢在整个欧洲应用推广的开发和运营成本。液氢动力船将由威尔森集团运营，预计将于2024 年投入使用。该船将提供“二合一”服务，在为沿海客户运输货物的同时还负责将集装箱装载的液氢运送到燃料加注中心。挪威西海岸分布着众多为海工行业服务的基地，而基地与基地之间的运输刚好是一条非常适合液氢的重型运输路线。HyShip项目将对船舶、创新的动力系统以及配送网络进行大规模验证。未来，燃料加注中心还将为包括渡轮和远洋船舶在内的氢动力船供应燃料。

据Steinar Madsen介绍，Topeka“基地到基地”项目的总部设在挪威，旨在创建一种定期的零排放沿海航线运输服务。其目标是建造两艘由液氢和质子交换膜(PEM)燃料电池驱动的姊妹船。该项目与挪威Aurora Energy的氢气生产和液化工厂的建设互相关联。Aurora Energy的背后凝聚着挪威最大的能源公司Equinor、法国液化空气集团(Air Liquide)以及挪威水电公用事业公司BKK这三家合作伙伴的共同力量。“我们的目标是记录和展示液氢如何用作船舶燃料。”Steinar Madsen说道。在接受本刊专访过程中，Steinar Madsen向我们介绍了Topeka两艘氢动力船舶的具体情况以及船上应用的液氢和氢燃料电池的技术亮点，并分享了他对氢气在航运脱碳中扮演的角色以及如何克服氢燃料应用中存在的成本和储存等挑战的专业见解。

记者：Topeka氢动力船舶项目刚刚获得挪威政府拨款资助，项目进展现状如何？接下来还有哪些计划？

Steinar Madsen：政府资助对于Topeka氢动力船舶项目来说非常重要，因为设计和建造这些船舶需要进行大量的创新和开发。除此之外，作为HyShip项目的示范船，Topeka“基地到基地”项目也得到了欧盟的支持。

目前，我们已经明确并设计出了两艘船舶及其氢动力总成系统的规格概要，包括燃料加注、油箱和燃料电池的设置。接下来我们将开展详细设计以及与船厂的合同签订。

记者：请您再介绍一下关于这两艘氢动力船舶的详细信息，例如她们的设计特点和技术规格。

Steinar Madsen：这两艘船将是完全相同的姊妹船，技术名称为LMG 115-RRH(2)。她们是由挪威船舶设计公司LMG Marin设计的115 TEU滚装船，总长132米，宽24.5米，货物甲板长119米，建成后将常年在挪威沿海水域运营。该船具有一个带船尾坡道的开放式滚装甲板，甲板面积达2500平方米，甲板总载重能力为2000吨。此外，这两艘船还能够运载危险货物。船上布置了可供12名船员当值期间在船上生活的住宿区。

船舶采用的推进器基于氢/电池—电动混合动力插电式(plug-in)解决方案。该船能够在插电式混合动力模式下运行，每当船舶停靠码头时，电池将由大功率手动插电式岸电系统来充电。在无法进行插电式混合动力操作的情况下，船舶则可以通过氢燃料电池系统来补充推进所需的电能。

记者：据报道，这两艘船舶将由液氢和氢燃料电池提供动力。这是否意味着氢气用作船舶燃料在技术上和商业上都是可行的？

Steinar Madsen：液氢燃料将在零下253摄氏度的温度下被加注进船上的C型保温储罐系统。加热器将液态氢转化为氢气，然后再送入燃料电池系统，为船舶的电池系统发电。我们非常有信心氢气用作船舶燃料在技术上是可行的。

船上将要应用的各种系统正在开发当中，它们也是前面所提到的HyShip项目里的试点项目，这意味着我们的工作有政府资助在背后提供支持，并且每一个步骤都取得了政府的盖章批准。我们非常有信心，氢气用作船舶燃料在商业上也是可行的，因为我们的项目有众多相关方参与合作，而且整个价值链都在通力协作。

记者：Topeka项目所采用的氢燃料电池具有哪些亮点和优势？

Steinar Madsen：Topeka项目所采用的氢燃料电池在发电时船上不会产生任何噪音和排放。当我们将模块化燃料电池和电池系统组合在一起后，整个系统还将获得良好的冗余和灵活性。此外，具有能够带来高效机动性的可用扭矩也是船舶总发电系统的一大优势。

记者：Topeka如何确保氢气的生产和供应？

Steinar Madsen：Topeka“基地到基地”项目所使用的氢气将通过挪威蒙斯塔德的Aurora Energy氢气生产和液化项目来取得。蒙斯塔德也将是这两艘船舶的燃料加注地点，与她们的运营地点一样，都处于挪威西海岸地区。

记者：您如何看待未来氢气在航运业脱碳进程中可能发挥的作用？

Steinar Madsen：我们相信，氢气将在帮助航运脱碳方面发挥关键作用。如果是纯氢、氨或电制燃料(e-fuels)，各自的脱碳作用将取决于燃料可用性、具体船舶领域和未来开发情况，不过很有可能是以上这些燃料类型组合使用。

纯氢具有一些优势，尤其是在与具备电力推进系统的船舶上的燃料电池结合使用时。将氨气作为氢能载体似乎是一种适合内燃机应用的可行解决方案，但由于氨气有毒，因此也面临一些挑战。

记者：氢燃料的应用还面临着成本和储存等方面的挑战，这些问题在Topeka的项目中是如何解决的？

Steinar Madsen：目前，与其他燃料相比，氢气的成本确实相对较高，但是我们相信化石燃料的价格将迎来增长，而且未来随着氢气生产和需求规模的扩大，价格也会下降。

氢气储存方面存在的挑战则可以通过使用真空隔热保温储罐来解决，这种储罐能够将氢气保持在液体状态，从而避免了向空气中排放。这是通过燃料电池系统良好的隔热性能和氢气消耗来实现的。

记者：在您看来，航运业如何利用氢气才能最大限度地释放它的脱碳潜能？

Steinar Madsen：在这个问题上，我相信方向已经确定了。航运脱碳带来了巨大的商机，但我们也有必要认识到要实现脱碳并没有灵丹妙药。航运公司必须与能源公司以及原始设备制造商密切合作，共同开发各种各样的脱碳解决方案。

此外，只有与氢价值链上的所有参与方合作，才能顺利实施新型解决方案。从 LNG 燃料的崛起中我们可以看到，建设高效可靠的燃料加注基础设施是一项困难的工作。

而这项工作对于氢基燃料来说并不会变得更简单。因此，我认为有必要朝各个方向一齐努力。Topeka“基地到基地”项目以及其他面向班轮服务的近海项目将成为实现航运零排放的领航者。另一方面，对于深海航运而言，业界必须研究双燃料以及混合解决方案，通过一步步的发展向零排放靠近。我们之所以开展这个项目是因为Topeka 将在七大海域为所有航运部门提供零排放船舶。沿海航线只是一个开始。