¿Qué aprendimos del viaje de energía renovable alrededor del mundo de Energy Observer?

El 14 de junio de 2024, el Energy Observer completó su viaje alrededor del mundo y llegó a su hogar en Saint Malo, siete años después de zarpar. El buque laboratorio Energy Observer es el primer barco autónomo del mundo que navega por los océanos utilizando una combinación de energías renovables e hidrógeno producido a bordo a partir de agua de mar.

Fundado por Victorien Erussard, oficial de la marina mercante y marinero de alta mar, Energy Observer navegó por el mundo con el objetivo de promover el intercambio de conocimientos y soluciones sostenibles para el futuro de nuestro planeta. Erussard reunió a un equipo de marineros, científicos, ingenieros y periodistas para viajar a bordo durante el viaje y las pruebas.

A lo largo del viaje de 68.000 millas náuticas del Energy Observer , se han probado hasta el límite las últimas tecnologías de vanguardia (hidrógeno, baterías, energía solar y eólica) y se han optimizado con el apoyo de varios socios de fabricación.

Erussard habla con MIN sobre este proyecto innovador y cómo Energy Observer ha establecido el marco para la energía marina y verde sostenible en todo el mundo.

¿Qué tecnologías sostenibles funcionaron a bordo y cuáles no?

Las OceanWings

VE: Como primer prototipo de esta tecnología a esta escala, el OceanWings planteó pocos desafíos en términos de integración e implementación. Sin embargo, el concepto en sí mismo ha sido validado con gran éxito.

Cuando se utilizaban únicamente las velas como propulsión, el Energy Observer alcanzaba una velocidad máxima de 16,6 nudos y a menudo mantenía una velocidad constante de 8-9 nudos con 25 nudos de viento aparente en los ángulos correctos. Para 62 m2 de velas y para un barco de 34 toneladas, es un resultado muy bueno, incluso por encima de las expectativas. La pequeña superficie de las velas y su posición vertical permitieron un impacto de sombra muy limitado en el sistema fotovoltaico del barco, que siguió siendo la principal fuente de energía para el control y la vida a bordo.

Los aerogeneradores verticales y el sistema de propulsión de cometas

VE: Antes de la instalación de los OceanWings en 2019, se habían probado otras dos tecnologías para la energía eólica:

• Las turbinas eólicas verticales , que convierten la energía eólica en energía eléctrica.

• Un sistema de cometa, para propulsión directa, convirtiendo la fuerza del viento directamente en movimiento de la embarcación.

Estos dos sistemas no se mantuvieron en el barco. En el caso de los aerogeneradores verticales, el balance energético de la turbina no era positivo. Cuando el viento aparente venía de la parte delantera del barco, los aerogeneradores giraban bien, pero la potencia eléctrica necesaria para alimentar el motor eléctrico para superar la pérdida de velocidad causada por la resistencia era superior a la potencia eléctrica convertida por el aerogenerador. Cuando el viento venía de atrás, en realidad funcionaban casi como si estuvieran navegando, lo que provocaba resistencia en el sentido contrario y empujaba el barco. Pero, en consecuencia, la velocidad aparente del viento era baja y la producción eléctrica no era tan buena como se esperaba.

En cuanto al sistema de cometas, después de algunas pruebas, el equipo técnico concluyó que el prototipo no estaba listo en términos de uso autónomo.

Hélices de paso variable

VE: En 2019, tras la instalación de los OceanWings, las hélices de paso variable sustituyeron a las hélices clásicas para limitar la resistencia al utilizar únicamente las velas. En realidad, proporcionaron una muy buena solución para este propósito. Sin embargo, redujeron la capacidad de generación de energía hidroeléctrica utilizando hélices como turbinas hidroeléctricas. Fue un compromiso preferir la navegación a la generación hidroeléctrica.

Combustible Toyota cana

VE: The Fuel Cell se instaló en 2019 y es el resultado de la colaboración entre los equipos de Toyota Motor Europe y EODev. Este trabajo condujo al desarrollo del generador de electrohidrógeno GEH2, el producto estrella de Energy Observer Developments | EODev, que ahora es uno de los líderes mundiales en este campo.

A lo largo de los años se han realizado optimizaciones de integración en respuesta a los comentarios iniciales. Con una potencia de salida de 30 kW, la eficiencia eléctrica del sistema es del 58 por ciento. Esta pila de combustible es muy fiable y muestra una buena eficiencia y comportamiento, incluso en mares agitados. La interfaz de intercambio de calor desarrollada por el equipo técnico de Energy Observer también permitió el uso de la pila para el uso de calor a bordo (aire y agua) como subproducto del suministro eléctrico a partir del hidrógeno.

Producción y almacenamiento de hidrógeno

LONDRES, INGLATERRA – 4 DE OCTUBRE: El futuro de las soluciones de energía renovable llega a Londres
El Energy Observer en 2019, como parte de su gira mundial. Foto cortesía de Lloyd Images/Energy Observer.

VE: En cuanto a la parte de producción de hidrógeno del sistema, el electrolizador ha sido muy fiable y no ha necesitado ningún mantenimiento correctivo. Sin embargo, los dos compresores utilizados para aumentar la presión del hidrógeno de 30 bares (presión del hidrógeno a la salida del electrolizador) hasta 350 bares (presión del hidrógeno en los tanques cuando están llenos), eran el eslabón más débil de la cadena. Requirieron muchos ajustes en los primeros años del proyecto después de muchos fallos de membrana. Estos fallos nunca se solucionaron por completo, pero los ajustes realizados permitieron que hubiera menos problemas. No era nada peligroso, pero limitaba el tiempo de producción de hidrógeno.

¿Cómo se trasladarán las innovaciones probadas a bordo a los sectores náutico de ocio y comercial?

VE: Los comentarios que recibimos de Solbian, nuestro socio técnico en paneles solares fotovoltaicos, permitieron la evolución de sus productos. Probamos distintos tipos de paneles, en condiciones diversas y duras (alta temperatura, alta humedad, mucha gente caminando sobre los paneles, etc.).

Al ser el primer barco en utilizar OceanWings a esta escala, Energy Observer demuestra que este concepto es eficiente y, por tanto, es una tecnología prometedora para la propulsión eólica en el sector marino.

Se enviaron comentarios sobre el uso y los datos al proveedor de OceanWings, Ayro, y desde entonces la tecnología se ha adaptado para un buque marino comercial, La Canopée, y para otro proyecto en el sector marino de ocio con el buque Zen50 .

Jérôme Delafosse, Geneviève Van Rossum, Kitack Lim, Francesco La Camera y Victorien Erussard a bordo del Energy Observer en Londres en su 47.ª escala, la última en 2019 como parte de su gira mundial de varios años. El buque fue nominado como embajador francés de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU. Foto cortesía de Lloyd Images/Energy Observer.

El uso de la pila de combustible Toyota a bordo ha sido el punto de partida para el desarrollo de Energy Observer Developments | EODev REXH2, un sistema de pila de combustible integrado compatible con aplicaciones marinas que utiliza la tecnología Toyota Fuel Cell.

Algunos barcos ya están equipados con el REXH2 en el sector náutico de ocio y competición (Hynova, Fastboat America's Cup, Fontaine Pajot) y se espera que se pongan en marcha más proyectos en el sector náutico comercial, como suministro de energía eléctrica auxiliar a partir de hidrógeno o incluso como fuente principal de energía en el caso del proyecto de carga Energy Observer 2 .

No recomendamos tener una cadena de producción de hidrógeno completa a bordo, ya que es demasiado compleja y no es la forma más eficiente de producir y utilizar hidrógeno. Pero para Energy Observer era realmente necesario, ya que no había hidrógeno disponible para repostar en la parada.

¿Por qué la energía del hidrógeno polariza el debate sobre las energías renovables?

VE: El debate entre las energías renovables (o mejor, la electrificación) y el hidrógeno se produce cuando, de manera errónea y simplista, pensamos en ambos como rivales.

Por un ladoEl hidrógeno ha ido ganando terreno en los últimos años como vector de energía limpia: se quema de forma limpia, es increíblemente versátil y tiene la mejor densidad energética en términos de masa. Pero, como cualquier energía, conlleva algunos desafíos:

• Alrededor del 95 por ciento se produce actualmente mediante reformado de metano con vapor, un proceso muy contaminante.

• Convertir hidrógeno en electricidad es menos eficiente que utilizar electricidad directamente a través de baterías (la eficiencia de producir hidrógeno verde y reconvertirlo en electricidad es de alrededor del 25 por ciento, frente a más del 95 por ciento de las baterías de iones de litio).

• La infraestructura de producción, almacenamiento y distribución aún es deficiente, lo que frena la adopción a gran escala y la hace mucho más cara que las baterías.

Por otra parte, con la electrificación, las baterías son una solución obvia para el almacenamiento de energía. Su precio ha bajado significativamente y su capacidad ha mejorado.

Sin embargo, también hay algunos obstáculos que superar: su rendimiento se degrada con el tiempo (lo que limita su capacidad de almacenamiento a largo plazo), los procesos de reciclaje aún están en desarrollo y surgen preocupaciones éticas con respecto a la extracción de cobalto, un componente clave, particularmente en la República Democrática del Congo, donde se dan prácticas mineras como el trabajo infantil.

La electrificación es una práctica consolidada y eficiente, pero no es la panacea. La rápida expansión de las energías renovables y la electrificación de tantos sectores como sea posible es la vía más rápida y rentable hacia la descarbonización.

La electricidad es una opción clara para la mayoría de las aplicaciones, especialmente para vehículos ligeros y calefacción a baja temperatura en edificios e industrias. Sin embargo, los sectores difíciles de reducir y electrificar, como la aviación, el transporte marítimo, la producción de fertilizantes y el almacenamiento a largo plazo, no son prácticos y resultan demasiado costosos de electrificar.

Ahí es donde necesitamos el hidrógeno. Por lo tanto, la electrificación y el hidrógeno no son competidores, sino que son en gran medida complementarios. En lugar de centrarnos en una tecnología en lugar de la otra, deberíamos adoptar ambas, porque la polarización entre estas dos solo ralentiza el ritmo al que podemos resolver la crisis climática.

¿Qué ha demostrado el proyecto Energy Observer en materia de energía del hidrógeno?

VE: El objetivo principal de nuestro proyecto era demostrar la viabilidad de utilizar una combinación de energías renovables a bordo de un buque para lograr la autosuficiencia. Si bien el hidrógeno es una parte muy importante de la combinación, ya que ofrece almacenamiento de energía a largo plazo, no es el único objetivo.

Nuestro viaje sirvió como campo de pruebas real para las tecnologías del hidrógeno en el mar. Al someterlas a duras condiciones, demostramos la viabilidad técnica y las ventajas medioambientales del hidrógeno como combustible marítimo.

El potencial del hidrógeno va más allá de impulsar embarcaciones más pequeñas: su escalabilidad y versatilidad lo convierten en una opción atractiva para una amplia gama de aplicaciones marítimas (desde transbordadores hasta buques de carga, yates y embarcaciones de recreo), pero también para aplicaciones terrestres.

De hecho, los beneficios de utilizar esta molécula en una pila de combustible –es decir, un dispositivo electroquímico que utiliza hidrógeno como combustible para generar electricidad mediante reacciones químicas– son diversos:

• No se producen gases de efecto invernadero, NOx, Sox ni partículas sólidas. El único producto resultante de esta reacción es agua, y si el propio hidrógeno se produce a partir de la electrólisis renovable del agua (como hacemos a bordo del Energy Observer ), el proceso de recuperación no produce residuos, lo que lo convierte en una alternativa atractiva para generar electricidad con bajas emisiones de carbono.

• Las pilas de combustible de hidrógeno dan como resultado operaciones más silenciosas que las fuentes de energía tradicionales.

Sin embargo, aún quedan desafíos por superar antes de que el hidrógeno pueda democratizarse a bordo de los barcos.

Si bien tiene una densidad energética específica muy alta (1 kg de hidrógeno contiene tres veces la energía de 1 kg de diésel), lo que ahorra peso, su densidad energética volumétrica es muy baja, lo que hace que sea más voluminoso para almacenar. Un desafío al que se enfrentan los arquitectos e ingenieros navales.

En conclusión, es necesario aunar todos los esfuerzos, desde los gobiernos hasta los actores industriales, desde los investigadores hasta el público, para abordar estos desafíos. Al hacer que la producción de hidrógeno verde sea más asequible, construir la infraestructura necesaria, mejorar la tecnología, crear políticas de apoyo y fomentar la confianza pública, el hidrógeno puede convertirse en un actor clave para lograr un futuro de energía limpia.

Este artículo fue publicado originalmente en la revista Marine Industry News .

Imágenes cortesía de Energy Observer, a menos que se indique lo contrario.rwise declaró.

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