O que aprendemos com a viagem ao redor do mundo do Energy Observer sobre energia renovável?

No 14 June 2024, Observador de energia completou sua viagem ao redor do mundo e chegou em casa em St Malo, sete anos após zarpar. O Observador de energia O navio-laboratório é o primeiro navio autônomo do mundo a navegar pelos oceanos usando uma mistura de energias renováveis ​​e hidrogênio produzido a bordo a partir da água do mar.

Fundada por Victorien Erussard, um oficial da marinha mercante e marinheiro offshore, Observador de energia navegou pelo mundo com o objetivo de defender o compartilhamento de conhecimento e soluções sustentáveis para o futuro do nosso planeta. Erussard reuniu uma equipe de marinheiros, cientistas, engenheiros e jornalistas para viajar a bordo durante a viagem e os testes. 

Ao longo de Observador de Energia Em uma viagem de 68,000 milhas náuticas, as mais recentes tecnologias de ponta – hidrogênio, baterias, energia solar e eólica – foram testadas até o ponto de ruptura e otimizadas, com o apoio de vários parceiros de fabricação.

Erussard fala com MIN sobre este projeto inovador e como Observador de energia estabeleceu a estrutura para energia marinha e verde sustentável em todo o mundo. 

Quais tecnologias sustentáveis ​​funcionaram a bordo e quais não foram aprovadas?

Asas do Oceano 

VE: Como um primeiro protótipo dessa tecnologia nessa escala, o OceanWings trouxe poucos desafios em termos de integração e implementação. No entanto, o conceito em si foi validado com grande sucesso. 

Ao utilizar apenas as velas como propulsão, Observador de energia atingiu uma velocidade máxima de 16.6 nós e frequentemente manteve 8-9 nós com 25 nós de vento aparente com os ângulos retos. Para 62 m2 de velas e para um barco de 34 toneladas, esse é um resultado muito bom, até mesmo acima da expectativa. A pequena área das velas e sua posição vertical permitiram um impacto de sombreamento muito limitado no sistema fotovoltaico do barco, que permaneceu como a principal entrada de energia para o controle e a vida a bordo.

As turbinas eólicas verticais e o sistema de propulsão de pipa 

VE: Antes da instalação do OceanWings em 2019, duas outras tecnologias foram testadas para energia eólica:

• A turbinas eólicas verticais, convertendo energia eólica em energia elétrica

• Um sistema de pipa, para propulsão direta, convertendo a energia eólica diretamente em movimento do barco

Esses dois sistemas não foram mantidos no barco. No caso das turbinas eólicas verticais, o balanço de energia da turbina não era positivo. Quando o vento aparente vinha da frente do barco, as turbinas eólicas giravam bem, mas a energia elétrica necessária para abastecer o motor elétrico para superar a perda de velocidade causada pelo arrasto era superior à energia elétrica convertida pela turbina eólica. Quando o vento vinha de trás, elas realmente funcionavam quase como vela, o que estava causando arrasto na outra direção e empurrando o barco. Mas a velocidade aparente do vento era consequentemente baixa e a produção elétrica não era tão boa quanto o esperado.

Quanto ao sistema de pipa, após alguns testes, a equipe técnica concluiu que o protótipo não estava pronto em termos de uso autônomo. 

Hélices de passo variável 

VE: Em 2019, após a instalação dos OceanWings, hélices de passo variável substituíram nossas hélices clássicas para limitar o arrasto ao usar apenas as velas. Na verdade, elas forneceram uma solução muito boa para esse propósito. No entanto, elas diminuíram a capacidade de geração hidrelétrica usando hélices como turbinas hidrelétricas. Foi um compromisso preferir a navegação à geração hidrelétrica.

Célula de combustível Toyota 

VE: A Fuel Cell foi instalada em 2019 e é o resultado da colaboração entre as equipes da Toyota Motor Europe e da EODev. Este trabalho levou ao desenvolvimento do gerador eletro-hidrogênio GEH2, o principal produto da Energy Observer Developments | EODev, que agora é um dos líderes mundiais neste campo. 

Otimizações de integração foram feitas ao longo dos anos em resposta ao feedback inicial. Com potência de saída definida em 30 kW, a eficiência elétrica do sistema é de 58 por cento. Esta célula de combustível é altamente confiável e mostra boa eficiência e comportamento, mesmo em mares agitados. A interface de troca de calor desenvolvida pela equipe técnica da Observador de energia também permitiu o uso da célula para aproveitamento de calor para uso a bordo (ar e água) como um subproduto do fornecimento elétrico do hidrogênio.

Produção e armazenamento de hidrogênio 

VE: Na parte de produção de hidrogênio do sistema, o eletrolisador tem sido muito confiável e não exigiu nenhuma manutenção curativa. No entanto, os dois compressores usados ​​para aumentar a pressão do hidrogênio de 30 bar (pressão do hidrogênio na saída do eletrolisador) até 350 bar (pressão do hidrogênio nos tanques quando estão cheios), foram o elo mais fraco da cadeia. Eles exigiram muitos ajustes nos primeiros anos do projeto após muitas falhas de membrana. Essas falhas nunca foram completamente superadas, mas os ajustes feitos permitiram menos problemas. Não foi nada perigoso, mas limitou o tempo de produção de hidrogênio.

Como as inovações testadas a bordo serão disseminadas nos setores marítimo e comercial de lazer? 

VE: O feedback para a Solbian, nossa parceira técnica de painéis solares fotovoltaicos, permitiu a evolução de seus produtos. Testamos diferentes tipos de painéis, em condições diversas e severas (alta temperatura, alta umidade, muitas pessoas andando sobre os painéis, etc.), 

Por ser o primeiro navio a utilizar o OceanWings nesta escala, Observador de energia fornece prova de que este conceito é eficiente e, portanto, é uma tecnologia promissora para propulsão eólica no setor marítimo. 

O feedback sobre o uso e os dados foi enviado ao provedor da OceanWings, Ayro, e a tecnologia foi adaptada para uma embarcação marítima comercial. A Canopée, e para outro projeto no setor marítimo de lazer com o Zen50 embarcação.

O uso da célula de combustível Toyota a bordo foi o ponto de partida para o desenvolvimento do Energy Observer Developments | EODev REXH2, um sistema de célula de combustível integrado compatível com normas marítimas que usa a tecnologia da célula de combustível Toyota. 

Alguns barcos já estão equipados com o REXH2 no setor marítimo de lazer e competição (Hynova, Fastboat America's Cup, Fontaine Pajot) e mais projetos são esperados para serem lançados no setor marítimo comercial, como fonte de alimentação elétrica auxiliar a partir de hidrogênio ou mesmo como fonte principal de energia no caso do Observador de Energia 2 projeto de carga.

Não aconselharíamos ter uma cadeia de produção completa de hidrogênio a bordo, pois é muito complexo e não é a maneira mais eficiente de produzir e usar hidrogênio. Mas para Observador de energia na verdade era necessário, pois não havia hidrogênio disponível para reabastecimento no ponto.

Por que a energia do hidrogênio polariza o debate sobre energia renovável?

VE: O debate entre energia renovável (ou melhor, eletrificação) e hidrogênio ocorre quando pensamos erroneamente e de forma simplista nos dois como rivais. 

Por um lado, o hidrogênio vem ganhando força nos últimos anos como um vetor de energia limpa: ele queima de forma limpa, é incrivelmente versátil e tem a melhor densidade de energia em termos de massa. Mas, como qualquer energia, ele vem com alguns desafios:

• Cerca de 95 por cento é atualmente produzido pela reforma do metano a vapor – um processo muito poluente

• A conversão de hidrogênio em eletricidade é menos eficiente do que usar eletricidade diretamente por meio de baterias (a eficiência de produzir hidrogênio verde e reconvertê-lo em eletricidade é de cerca de 25 por cento, contra mais de 95 por cento para baterias de íons de lítio)

• A infraestrutura de produção, armazenamento e distribuição ainda é deficiente, o que impede a adoção em larga escala e a torna muito mais cara do que as baterias

Por outro lado, com a eletrificação, as baterias são uma solução óbvia para armazenamento de energia. Seu preço caiu significativamente, e sua capacidade melhorou. 

No entanto, também há alguns obstáculos a serem superados: seu desempenho se degrada com o tempo (o que limita sua capacidade de armazenamento em longo prazo), os processos de reciclagem ainda estão em desenvolvimento e surgem preocupações éticas em relação à mineração de cobalto, um componente essencial, principalmente na República Democrática do Congo, onde ocorrem práticas de mineração como trabalho infantil.

A eletrificação já está bem estabelecida e é eficiente, mas a eletrificação não é uma panaceia. Expandir rapidamente a energia renovável e eletrificar o máximo de setores possível é o caminho mais rápido e econômico para a descarbonização. 

A eletricidade é uma escolha clara para a maioria das aplicações, especialmente veículos leves e aquecimento de baixa temperatura em edifícios e indústrias. No entanto, setores difíceis de abater e eletrificar, como aviação, transporte, produção de fertilizantes e armazenamento de longo prazo, não são práticos e muito caros para eletrificar. 

É aí que precisamos do hidrogênio. Portanto, a eletrificação e o hidrogênio não são concorrentes, mas são amplamente complementares. Em vez de focar em uma tecnologia em detrimento da outra, deveríamos abraçar ambas, porque a polarização entre essas duas apenas desacelera o ritmo em que podemos resolver a crise climática.

O que tem o Observador de energia projeto comprovado quando se trata de energia de hidrogênio?

VE: O objetivo principal do nosso projeto era demonstrar a viabilidade de usar uma mistura de energias renováveis ​​a bordo de uma embarcação para autossuficiência. Embora o hidrogênio seja uma parte muito importante da mistura, oferecendo armazenamento de energia de longo prazo, ele não é o único foco.

Nossa viagem serviu como um campo de testes do mundo real para tecnologias de hidrogênio no mar. Ao submetê-las a condições severas, demonstramos a viabilidade técnica e as vantagens ambientais do hidrogênio como combustível marítimo. 

O potencial do hidrogênio vai além do fornecimento de energia para embarcações menores: sua escalabilidade e versatilidade o tornam uma opção atraente para uma ampla gama de aplicações marítimas – de balsas a navios de carga, iates e embarcações de recreio – mas também para aplicações terrestres.

Na verdade, os benefícios da utilização desta molécula numa célula de combustível – nomeadamente um dispositivo eletroquímico que utiliza hidrogénio como combustível para gerar eletricidade através de reações químicas – são diversos:

• Nenhum GHG, NOx, Sox ou PM são produzidos. O único produto resultante dessa reação é água, e se o próprio hidrogênio for produzido a partir da eletrólise renovável da água (como fazemos a bordo Observador de energia), o processo do poço ao despertar não produz resíduos, o que o torna uma alternativa atraente para a geração de eletricidade de baixo carbono

• As células de combustível de hidrogênio resultam em operações mais silenciosas do que as fontes de energia tradicionais

No entanto, desafios precisam ser superados antes que o hidrogênio possa ser democratizado a bordo dos navios. 

Embora tenha uma densidade energética específica muito alta (1 kg de hidrogênio contém três vezes a energia de 1 kg de diesel), o que economiza peso, sua densidade energética volumétrica é muito baixa, tornando-o mais volumoso para armazenar. Um desafio que arquitetos e engenheiros navais estão tentando enfrentar.

Concluindo, é necessário federar todos os esforços – de governos a players industriais, de pesquisadores ao público – para abordar esses desafios. Ao tornar a produção de hidrogênio verde mais acessível, construir a infraestrutura necessária, melhorar a tecnologia, criar políticas de apoio e promover a confiança pública, o hidrogênio pode se tornar um player-chave para alcançar um futuro de energia limpa. 

Este artigo foi originalmente publicado em Marine Industry News revista.

Imagens cortesia do Energy Observer, salvo indicação em contrário.