En EPFL-forskare har utvecklat ett system baserat på bränsleceller för att minska koldioxidavtrycket och energiförbrukningen för kryssningsfartyg, som blir allt populärare bland semesterbesökare runt om i världen.

Att tillbringa några veckor med att segla havet på ett lyxfartyg är en idé som tilltalar ett växande antal människor, särskilt i asiatiska länder. Men kryssningsfartyg seglar inte bara från hamn till hamn:som veritabla flytande hotell som tar emot flera hundra passagerare, de använder mycket energi för uppvärmning, elektricitet, luftkonditionering och olika andra aspekter av livet ombord. För att göra dem mer miljövänliga, Francesco Baldi, en forskare i EPFL:s Industrial Process and Energy Systems Engineering Group (IPESE), har kommit med en ny lösning.

Minska fartygens koldioxidavtryck

"Det är lättare att minska energiförbrukningen för ett handelsfartyg, eftersom nästan all energi används för framdrivning, till skillnad från ett kryssningsfartyg, som har olika energibehov, " säger Baldi. "Mitt arbete fokuserade på att minska CO ₂ utsläpp, initialt genom att optimera vart och ett av fartygets system och designen av själva båten, för att förbättra effektiviteten." Dessa första ansträngningar gav en potentiell 6–10 % minskning av CO ₂ utsläpp för ett dieseldrivet kryssningsfartyg.

Även om det är lovande, detta räckte inte för Baldi, så han övervägde alternativ till dieselmotorer. I ett samarbetsprojekt med Aalto-universitetet i Finland, han tittade på att använda bränsleceller på ett fartyg. Detta krävde att han tog sig an de speciella utmaningar som uppstår när man seglar tusentals kilometer åt gången. "Du måste lagra tillräckligt med energi ombord utan att ta för mycket plats. Vätgasbränsleceller är inte lämpliga, eftersom att lagra tillräckligt med energi för att resa långa sträckor skulle ta en enorm mängd utrymme – runt en tredjedel av fartygets kapacitet – vilket inte är realistiskt för ett kryssningsfartyg, säger Baldi.

Lagra överskottsenergi

Även om de behöver höga temperaturer för att fungera och det tar upp till 20 timmar att slå på, Solidoxidbränsleceller (SOFC) visar sig passa bra för fartyg. Allt som behövdes var att hitta en användning för den överskottsenergi som blev resultatet av att ha dem i konstant användning, vilket är nödvändigt med tanke på de långa starttiderna. Det var här Baldi klev in:hans idé var att använda ett system utvecklat vid EPFL för att omvandla oanvänd energi till väte, som sedan lagras. De resulterande bränslecellerna, anpassad för fartyg, skulle alltså kunna generera antingen el för att förbrukas ombord eller vätgas för att lagras för senare användning. Detta koncept är särskilt väl lämpat för kryssningsfartyg, enligt Baldi.

En av fördelarna med bränsleceller är att de bara producerar CO ₂ och vatten, till skillnad från en dieselmotor som också producerar andra föroreningar, såsom kväveoxider och partiklar. Bränsleceller genererar kraft genom en kemisk reaktion. Detta gör dem mycket mer miljövänliga än fossila bränslen – och dessutom mer effektiva:bränslecellerna som utvecklats vid EPFL har uppnått 75 % verkningsgrad jämfört med mindre än 50 % för även den mest effektiva dieselmotorn.

Enda nackdelen är att bränslecellerna kostar tio gånger så mycket att tillverka som en traditionell motor. "Men priserna kommer att falla om efterfrågan ökar. Dessutom, den långsiktiga kostnaden är bara 20–30 % högre än för en traditionell motor, och att välja denna renare typ av bränsle kommer att förbättra bilden av fartygens operatörer." I avsaknad av bestämmelser på detta område, Baldi ser också potentialen för Europa, där de flesta kryssningsfartyg byggs, att ta en del av kostnaden för att stimulera att utrusta fartyg med bränsleceller. "Detta tillvägagångssätt, som fungerar för solpaneler, kan hjälpa kryssningsfartyg att kraftigt minska sina föroreningar i framtiden, säger Baldi.