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大約十年前，關于氫燃料電池將成為汽車工業的無碳未來有很多討論，但我們現在很少聽到它。那么發生了什么?
原因有很多，其中包括電動汽車革命初期電池驅動的汽車的初始成本較低，以及用作燃料電池催化劑的鉑的高成本，這使它們的應用受到了阻礙。
這艘40級帆船正在使用氫燃料電池
然而，目前在開采鋰離子電池所用鈷的過程中，存在著巨大的環境和人力成本——諸多因素之一，將使現有技術難以擴大到目前產量水平的數倍。
Genevos HPM-8燃料電池在測試臺安裝
未來的希望寄托在電池化學性能的改善上，大量的資金正投入到這一領域，但任何可能改變游戲規則的發展仍處于研究階段，距離成為商業現實還有一段距離。
不過人們普遍認為氫能源比電池能源更容易迅速擴大到目前生產水平的許多倍。
例如，今年10月，法國政府宣布了一項70億歐元的承諾，承諾到2030年創造65億瓦的氫動力能源。這相當于英國過去10年投入使用的全部6座燃氣輪機發電站的總產能。
前幾天，歐洲幾大重量級企業成立H2A聯盟，合作方包括戴姆勒卡車、依維柯、OMV、殼牌和沃爾沃集團等企業，旨在促進整個行業的同步投資，從而為氫燃料重型運輸的大規模市場推出創造條件，所以相信氫燃料電池的船舶應用也不遠了。
同樣，美國發動機和發電機制造商康明斯也有20年的氫燃料電池研發歷史。該公司在9月份宣布的最新舉措是，以2.9億美元收購了氫發電和燃料電池制造商Hydrogenics。與此同時，歐洲各地的氫動力基礎設施正在改善，寶馬(BMW)、豐田(Toyota)和現代(Hyundai)都在籌備中生產氫動力汽車。
氫燃料電池不再是一項可以在未來某個不確定的時間獲得的技術——它們現在就在這里。例如，加拿大燃料電池專家巴拉德電力系統公司(Ballard Power Systems)已經為累計行駛了2,000萬英里的汽車提供了系統。
這和航海有什么關系?與其他行業相比，休閑海洋產業規模很小，因此沒有從頭開發技術的資源。不過，其他領域的好想法也可以加以調整和利用，以供船上使用。
綠色的氫
氫氣實際上是儲存的能量，因此需要大量的能量輸入才能產生氫氣。因此，氫氣需要可再生能源，如風能和太陽能，并且可以迅速增加或減少產量，以平滑輸出波峰和波谷。
Genevos HPM-8燃料電池系統被安置在一個復合模塊中，用于保護免受惡劣海洋環境的影響
Genevos HPM-8氫燃料電池
成功的海上單人帆船水手菲爾·夏普(Phil Sharp)走在為游艇開發氫燃料電池的前沿。他的8千瓦HPM-8(氫動力模塊)將解決40英尺左右的游艇的航程問題，電力推進馬達高達15千瓦。
夏普表示:“我們的想法是，它將作為電力推進船舶的一個重要的航程擴展器。”因此，標準電池組可用于短距離推進，如出入港口，并可在航行時通過太陽能或下次在港口連接岸電充電。因此，氫能源可以保留下來，以備行駛更遠的距離，比如在無風的情況下橫穿英吉利海峽。
同樣，該HPM-8適合做較大游艇的輔助發電機。夏普開始圍繞IMOCA 60和Class 40規則的需求對該裝置進行優化，認為這些船只將為氫燃料電池提供優秀的測試平臺和概念證明。
離岸單人帆船手菲爾夏普已經開發了Genevos HPM-8燃料電池。
所有組件都整合在復合模塊中，這樣可以免受可能導致腐蝕和氧化的鹽水侵蝕。該裝置是一種簡潔的即插即用設備，集成了所有必要的控制，冷卻和通風元件，以及作為船舶自身電池管理系統附加的可調節電池充電器，它可以直接連接到船上的電池和電動機。
通常情況下，氫氣瓶將是一個永久安裝在船上的碳纖維罐，就像液化氣汽車的氣罐一樣。
這種標準化的模塊化還簡化了安裝和維護過程，使安裝人員更容易獲得技術資格認證，從而改善售后服務，有助于減少安全隱患。
輸出電壓48V，可與許多電動驅動單元相匹配，如果需要，可以降壓到12V或24V，甚至可以達到更高的電壓。電池堆使用壽命長達10,000小時，此后可以進行不斷翻新，而無需更換。
所有燃料電池的關鍵都是這種所謂的“電池堆”，鉑催化劑將氫分子分離成質子和電子，從而在陽極和陰極之間產生電流。氫氣與空氣中的氧氣結合，產生水，這是這個過程的唯一副產品。
安全永遠是首要考慮的問題，夏普稱該裝置的設計、測試均在拉羅謝爾大學(La Rochelle University)的綜合工程學院完成，對于船上的氫燃料電池，已經有了很多嚴格的安全標準，甚至可以將這些標準用作中小型船舶的參考。
因此，他相信為船用氫燃料電池的安全性而開發的系統將超越那些用于游艇上的氣體系統。HPM裝置包括一個與電磁閥連接的氫檢測器，在發生泄漏時可以自動關閉儲罐的氫供應。
夏普還指出，氫氣非常輕，與丙烷或丁烷不同，它會向上逸出，只要有漏點，就可以逸出。因此，在電源模塊中，攜帶高電流的接線和接點被安置在一個單獨的密封單元中。
即使是用碳纖維制成，這個氫罐也很重，對于容納6kg氫氣的罐來說，其重量接近100kg。然而，當你考慮到柴油發動機固有的低效率時，這個燃料箱的可用能量大約相當于50升柴油。
對于氫燃料電池驅動的船來說，消除柴油發動機的重量意味著當燃料在100英里范圍內行駛時，系統總重量等于傳統柴油動力船舶的總重量，但比在40英尺游艇上行駛該距離所需的鋰離子電池輕65-70%。
HPM-8目前正在進行型式審批。2021年初完工后，它將在拉羅謝爾(La Rochelle)生產，夏普的Genevos公司在那里有現成的設施和支持服務，可以迅速擴大產量。
不利的方面是，與其他新興技術一樣，在產量上升之前，早期設備將會非常昂貴。根據地理位置的不同，缺乏全面的氫氣網對一些用戶來說也可能是一個問題。然而，在未來5年里，投入到基礎設施建設中的數十億美元將迅速改變這一現狀，就像二三十年前液化石油氣加氣站一樣。
因此，類似于給船加汽油或柴油的方式給船上的氫箱加滿的現實比我們大多數人預期的要近得多。夏普表示，投資規模如此之大，未來5年內將建成一個良好的綠色氫氣網絡。
目前，綠色氫的零售成本大約是每公斤10歐元。這聽起來可能很貴，但考慮到船用柴油發動機的效率非常低，尤其是在小尺寸的情況下。更重要的是，一公斤氫氣所含的可用能量是一公斤柴油的三倍。
因此，在一艘40英尺長的游艇上，電力推進100英里的燃料成本約為60歐元，已經與柴油動力處于同一水平，而且隨著氫燃料電池的成本迅速下降，用不了多久，這項新技術就會更加經濟。
“能源觀察者”號一直在測試翼帆、太陽能和氫燃料電池推進系統
“能源觀察者”號的發展
許多其他組織也在這個領域開展業務。例如，傳奇的加拿大單人水手手邁克·伯奇一直在使用“能源觀察者”號(Energy Observer)來展示可再生能源的潛力。
該項目導致了能源觀察發展公司的成立，該公司已經籌集了2000萬歐元的種子資金，用于開發氫領域的商業產品。它提供了與豐田合作設計80kW氫燃料電池系統。多達10個這樣的裝置連在一起，可以產生600伏特的800千瓦的巨大電力。
該裝置既可以用作推進應用的增程器，也可以用作超級游艇和其他類似尺寸船只的室內負載的無聲無聲發電機。
能源觀察發展公司還開發了一種即插即用的浮動氫燃料補給碼頭，每天可以從水中電解200公斤氫燃料。
豐田氫燃料電池系統
終極愿景
從一個相對較小的設備開始就有意義，該設備針對市場和使用類型進行了最優化，夏普最熟悉的就是這種優化。他的目標是在使整個航運業脫碳方面發揮作用，因為航運業的碳排放量高于航空業。
更大的機組已經在計劃中，30kW和50kW模塊計劃于2021年底推出，2023年推出一款200kW模塊。這些將比HPM-8相對便宜，因為大型燃料電池的每千瓦功率輸出價格將大大降低。與此同時，隨著行業的擴張和銷量的增長，非常高的組件成本預計將迅速降低，這反過來將為更多的受眾打開市場。
然而，最初的重點仍然是讓較小的單元進入戰場。夏普說，他已經在與一家大型雙體船制造商和高速輪渡制造商洽談，也在尋找帆船、動力艇和水上租賃領域的合作伙伴。“最重要的是，”他說“這不是明天的技術。今天它就在這里，我們的目標是盡快把它推向海洋市場。”
HPM-8的價格將于2021年春季發布時宣布。
Genevos HPM-8規格
持續功率：8kW
輸出：48V
峰值效率：55％
預期壽命：> 10,000小時
重量：55kg
尺寸：900x650x300mm
OceansLab
這是夏普的賽船和演示部門，目前包括他成功的40級海洋版。展望未來，他正在積極尋找合作伙伴，在世界各地的IMOCA 60上演示該技術。他說:“我們的任務是促進海洋部門吸收氫技術。”“我們知道這對脫碳至關重要，用這些賽船，我們可以證明這是可行的和可靠的。”
