大约十年前，关于氢燃料电池将成为汽车工业的无碳未来有很多讨论，但我们现在很少听到它。那么发生了什么?

　　原因有很多，其中包括电动汽车革命初期电池驱动的汽车的初始成本较低，以及用作燃料电池催化剂的铂的高成本，这使它们的应用受到了阻碍。

　　这艘40级帆船正在使用氢燃料电池

　　然而，目前在开采锂离子电池所用钴的过程中，存在着巨大的环境和人力成本——诸多因素之一，将使现有技术难以扩大到目前产量水平的数倍。

Genevos HPM-8燃料电池在测试台安装

　　未来的希望寄托在电池化学性能的改善上，大量的资金正投入到这一领域，但任何可能改变游戏规则的发展仍处于研究阶段，距离成为商业现实还有一段距离。

　　不过人们普遍认为氢能源比电池能源更容易迅速扩大到目前生产水平的许多倍。

　　例如，今年10月，法国政府宣布了一项70亿欧元的承诺，承诺到2030年创造65亿瓦的氢动力能源。这相当于英国过去10年投入使用的全部6座燃气轮机发电站的总产能。

　　前几天，欧洲几大重量级企业成立H2A联盟，合作方包括戴姆勒卡车、依维柯、OMV、壳牌和沃尔沃集团等企业，旨在促进整个行业的同步投资，从而为氢燃料重型运输的大规模市场推出创造条件，所以相信氢燃料电池的船舶应用也不远了。

　　同样，美国发动机和发电机制造商康明斯也有20年的氢燃料电池研发历史。该公司在9月份宣布的最新举措是，以2.9亿美元收购了氢发电和燃料电池制造商Hydrogenics。与此同时，欧洲各地的氢动力基础设施正在改善，宝马(BMW)、丰田(Toyota)和现代(Hyundai)都在筹备中生产氢动力汽车。

　　氢燃料电池不再是一项可以在未来某个不确定的时间获得的技术——它们现在就在这里。例如，加拿大燃料电池专家巴拉德电力系统公司(Ballard Power Systems)已经为累计行驶了2,000万英里的汽车提供了系统。

　　这和航海有什么关系?与其他行业相比，休闲海洋产业规模很小，因此没有从头开发技术的资源。不过，其他领域的好想法也可以加以调整和利用，以供船上使用。

　　绿色的氢

　　氢气实际上是储存的能量，因此需要大量的能量输入才能产生氢气。因此，氢气需要可再生能源，如风能和太阳能，并且可以迅速增加或减少产量，以平滑输出波峰和波谷。

　　Genevos HPM-8燃料电池系统被安置在一个复合模块中，用于保护免受恶劣海洋环境的影响

　　Genevos HPM-8氢燃料电池

　　成功的海上单人帆船水手菲尔·夏普(Phil Sharp)走在为游艇开发氢燃料电池的前沿。他的8千瓦HPM-8(氢动力模块)将解决40英尺左右的游艇的航程问题，电力推进马达高达15千瓦。

　　夏普表示:“我们的想法是，它将作为电力推进船舶的一个重要的航程扩展器。”因此，标准电池组可用于短距离推进，如出入港口，并可在航行时通过太阳能或下次在港口连接岸电充电。因此，氢能源可以保留下来，以备行驶更远的距离，比如在无风的情况下横穿英吉利海峡。

　　同样，该HPM-8适合做较大游艇的辅助发电机。夏普开始围绕IMOCA 60和Class 40规则的需求对该装置进行优化，认为这些船只将为氢燃料电池提供优秀的测试平台和概念证明。

　　　　离岸单人帆船手菲尔夏普已经开发了Genevos HPM-8燃料电池。

　　所有组件都整合在复合模块中，这样可以免受可能导致腐蚀和氧化的盐水侵蚀。该装置是一种简洁的即插即用设备，集成了所有必要的控制，冷却和通风元件，以及作为船舶自身电池管理系统附加的可调节电池充电器，它可以直接连接到船上的电池和电动机。

　　通常情况下，氢气瓶将是一个永久安装在船上的碳纤维罐，就像液化气汽车的气罐一样。

　　这种标准化的模块化还简化了安装和维护过程，使安装人员更容易获得技术资格认证，从而改善售后服务，有助于减少安全隐患。

　　输出电压48V，可与许多电动驱动单元相匹配，如果需要，可以降压到12V或24V，甚至可以达到更高的电压。电池堆使用寿命长达10,000小时，此后可以进行不断翻新，而无需更换。

　　所有燃料电池的关键都是这种所谓的“电池堆”，铂催化剂将氢分子分离成质子和电子，从而在阳极和阴极之间产生电流。氢气与空气中的氧气结合，产生水，这是这个过程的唯一副产品。

　　安全永远是首要考虑的问题，夏普称该装置的设计、测试均在拉罗谢尔大学(La Rochelle University)的综合工程学院完成，对于船上的氢燃料电池，已经有了很多严格的安全标准，甚至可以将这些标准用作中小型船舶的参考。

　　因此，他相信为船用氢燃料电池的安全性而开发的系统将超越那些用于游艇上的气体系统。HPM装置包括一个与电磁阀连接的氢检测器，在发生泄漏时可以自动关闭储罐的氢供应。

　　夏普还指出，氢气非常轻，与丙烷或丁烷不同，它会向上逸出，只要有漏点，就可以逸出。因此，在电源模块中，携带高电流的接线和接点被安置在一个单独的密封单元中。

　　即使是用碳纤维制成，这个氢罐也很重，对于容纳6kg氢气的罐来说，其重量接近100kg。然而，当你考虑到柴油发动机固有的低效率时，这个燃料箱的可用能量大约相当于50升柴油。

　　对于氢燃料电池驱动的船来说，消除柴油发动机的重量意味着当燃料在100英里范围内行驶时，系统总重量等于传统柴油动力船舶的总重量，但比在40英尺游艇上行驶该距离所需的锂离子电池轻65-70%。

HPM-8目前正在进行型式审批。2021年初完工后，它将在拉罗谢尔(La Rochelle)生产，夏普的Genevos公司在那里有现成的设施和支持服务，可以迅速扩大产量。

　　不利的方面是，与其他新兴技术一样，在产量上升之前，早期设备将会非常昂贵。根据地理位置的不同，缺乏全面的氢气网对一些用户来说也可能是一个问题。然而，在未来5年里，投入到基础设施建设中的数十亿美元将迅速改变这一现状，就像二三十年前液化石油气加气站一样。

　　因此，类似于给船加汽油或柴油的方式给船上的氢箱加满的现实比我们大多数人预期的要近得多。夏普表示，投资规模如此之大，未来5年内将建成一个良好的绿色氢气网络。

　　目前，绿色氢的零售成本大约是每公斤10欧元。这听起来可能很贵，但考虑到船用柴油发动机的效率非常低，尤其是在小尺寸的情况下。更重要的是，一公斤氢气所含的可用能量是一公斤柴油的三倍。

　　因此，在一艘40英尺长的游艇上，电力推进100英里的燃料成本约为60欧元，已经与柴油动力处于同一水平，而且随着氢燃料电池的成本迅速下降，用不了多久，这项新技术就会更加经济。

　“能源观察者”号一直在测试翼帆、太阳能和氢燃料电池推进系统

　　“能源观察者”号的发展

　　许多其他组织也在这个领域开展业务。例如，传奇的加拿大单人水手手迈克·伯奇一直在使用“能源观察者”号(Energy Observer)来展示可再生能源的潜力。

　　该项目导致了能源观察发展公司的成立，该公司已经筹集了2000万欧元的种子资金，用于开发氢领域的商业产品。它提供了与丰田合作设计80kW氢燃料电池系统。多达10个这样的装置连在一起，可以产生600伏特的800千瓦的巨大电力。

　　该装置既可以用作推进应用的增程器，也可以用作超级游艇和其他类似尺寸船只的室内负载的无声无声发电机。

　　能源观察发展公司还开发了一种即插即用的浮动氢燃料补给码头，每天可以从水中电解200公斤氢燃料。

丰田氢燃料电池系统

　　终极愿景

　　从一个相对较小的设备开始就有意义，该设备针对市场和使用类型进行了最优化，夏普最熟悉的就是这种优化。他的目标是在使整个航运业脱碳方面发挥作用，因为航运业的碳排放量高于航空业。

　　更大的机组已经在计划中，30kW和50kW模块计划于2021年底推出，2023年推出一款200kW模块。这些将比HPM-8相对便宜，因为大型燃料电池的每千瓦功率输出价格将大大降低。与此同时，随着行业的扩张和销量的增长，非常高的组件成本预计将迅速降低，这反过来将为更多的受众打开市场。

　　然而，最初的重点仍然是让较小的单元进入战场。夏普说，他已经在与一家大型双体船制造商和高速轮渡制造商洽谈，也在寻找帆船、动力艇和水上租赁领域的合作伙伴。“最重要的是，”他说“这不是明天的技术。今天它就在这里，我们的目标是尽快把它推向海洋市场。”

HPM-8的价格将于2021年春季发布时宣布。

Genevos HPM-8规格

持续功率：8kW

输出：48V

峰值效率：55％

预期寿命：> 10,000小时

重量：55kg

尺寸：900x650x300mm

OceansLab

　　这是夏普的赛船和演示部门，目前包括他成功的40级海洋版。展望未来，他正在积极寻找合作伙伴，在世界各地的IMOCA 60上演示该技术。他说:“我们的任务是促进海洋部门吸收氢技术。”“我们知道这对脱碳至关重要，用这些赛船，我们可以证明这是可行的和可靠的。”