Naval Group osiągnęła kolejny znaczący etap rozwoju nowoczesnych ogniw paliwowych drugiej generacji (Fuel Cell 2nd Generation – FC2G), przeznaczonych do napędu okrętów podwodnych.

System AIP francuskiej konstrukcji, symulujący przedział napędowy okrętu podwodnego, ma postać walca o 8 metrowej długości, który jest zbliżony do segmentu kadłuba i może być zaimplementowany w konstrukcji nowych OOP jak i modernizacji już istniejących. Test mający w nim miejsce został przeprowadzony w marcu i odwzorowywał 18-dnioą działalność operacyjną okrętu, w zakresie symulowanych obciążeń układu, reżimów jego pracy długotrwałości procesów. Przeprowadzono go według poniższych warunków:

• 18-dniowe wytwarzanie energii z wykorzystaniem reformingu oleju napędowego;
• wysokie ciśnienie oddziaływujące na układ, typowe dla maksymalnych głębokości operacyjnych OOP:
• zachowanie standardów bezpieczeństwa i pracy typowych dla OOP;
• wykorzystanie baterii okrętowych w układzie napędowym;
• zawiadywanie systemem przez jednego operatora wachtowego, posługującego się systemem kontroli Integrated Platform Management System (IPMS).

Wynikami tak przeprowadzonego testu było osiągniecie lub potwierdzenie zakładanych parametrów pracy, takich jak:

• redukcja emitowanego pola akustycznego, uzyskana dzięki ulepszonemu systemowi odzyskiwania wodoru oraz sprawdzenie i potwierdzenie cichej pracy pomp systemowych;
• potwierdzenie zdolności do wielokrotnego uruchamiania i zatrzymywania pracy systemu, typowego dla operacyjnego użycia OOP;
• ograniczenie czynności obsługowych wynikające z ulepszenia konstrukcji reformera;
• potwierdzenie mniejszych wymiarów, niższego zużycia energii i łatwiejszej obsługi ogniw FC2G:
• potwierdzenie dużo większej trwałości ogniw FC2G wynikające z zastosowania wodoru o czystości 99,999% pochodzącego z reformingu paliwa, dużo wyższej niż w przypadku stosowania magazynowanego wodoru;
• potwierdzenie podatności systemu do zastosowania na każdym typie konwencjonalnych OOP.

Przeprowadzony test nie kończy prób systemu, kolejnych kilka zostanie wykonanych do końca br..

Według Naval Group systemy AIP, oparte o rozwiązania wykorzystujące zmagazynowane gazy robocze tlen i wodór) mogą być wykorzystywane przez nieoceaniczne OOP. W przypadku jednostek mających mieć zdolności do długotrwałego operowania poza własnymi wodami, systemy oparte o reforming paliwa mają być rozwiązaniem dużo korzystniejszym. W ich opinii zewnętrzne zbiorniki wodoru, usytuowane w dennych sekcjach OP, są rozwiązaniem kłopotliwym w procesie konstruowania okrętu i stwarzającym wiele wyzwań przed konstruktorami. Wskazują oni że przy masie zbiorników wodoru około 130-160 ton jedynie 2% tej wartości stanowi wodór mogący być zużyty w ogniwach. Ponadto wymieniane są potencjalne trudności w pozyskaniu odpowiednio czystego wodoru i tlenu w bazach oraz dodatkowe koszty potrzebnych instalacji oraz całego systemu transportu, zabezpieczenia przeładunku, zaangażowanego personelu, oraz konieczności zapewnienia bezpieczeństwa okrętu. Francuzi wskazują też, że zmagazynowane gazy są stałym zagrożeniem dla bezpieczeństwa okrętu. Zastosowanie kompletnego modułu przeznaczonego dla AIP i systemów wspierających ma też ułatwiać jego obsługę i wymianę.

Rozwiązaniem większości z wymienionych niedogodności ma być reforming, czyli rozkład paliwa, na pokładzie OP, na wodór (zużywany bezpośrednio przez ogniwa bez ich magazynowania), wodę, tlenek i dwutlenek węgla,. Paliwem stosowanym w takich systemach może być etanol, metanol lub olej napędowy. Użycie ostatniego z tych paliw jest najdogodniejszym wyborem ze względu na zastosowanie tego paliwa w konwencjonalnym układzie napędowym oraz jego szeroką dostępność. Występująca w systemie używającym reformingu paliwa równowaga, pomiędzy konsumpcją czynników roboczych a ich produkcją, pozwala na uniknięcie strat paliwa, co ma znaczenie dla ekonomiki eksploatacji okrętu w ciągu jego długoletniego użytkowania. Ponadto nie ma znaczenia temperatura wody zaburtowej, w systemach pierwszej generacji, wpływająca na rozprężanie się gazów roboczych, wymuszająca stosowanie układów chłodzenia zbiorników. Wybór oleju napędowego w systemie francuskim spowodowany był:

• bezpiecznym magazynowaniem;
• dużą zawartością wodoru w paliwie;
• łatwością pozyskania wodoru;
• małą objętością systemu reformingu;
• szeroką dostępnością paliwa,
• wysoką temperaturą zapłonu oleju napędowego, ograniczającą możliwość pożaru;
• najniższą toksycznością, ograniczającą zagrożenia zdrowia, w przypadku niezamierzonego kontaktu z paliwem;
• łatwością tankowania paliwa w porcie i na morzu;
• znanymi procedurami wykorzystania na pokładzie OOP.

System napędowy OP oparty o baterie okrętowe i układ AIP FC2G, ma pozwalać dowódcy okrętu na elastyczne wykorzystanie, w zależności od potrzeb, bez ograniczeń wynikających z 2 różnych systemów paliwowych i osobnych zasobów paliwa.

Etap 1. Gazyfikacja oleju napędowego, tlenu i pary, w reformerze, do gazu syntetycznego, bogatego w wodór.

Etap 2. Przemiana w reaktorze tlenku węgla i wody w dwutlenek węgla i wodór, zwiększenie zawartości wodoru w gazie syntetycznym oraz prawie całkowita eliminacja tlenku węgla;

Etap 3. Oddzielenie z użyciem membran wodoru  z gazu syntetycznego, oraz przekazanie go do ogniw paliwowych.

Etap 4. Reakcja odwrotnej elektrolizy w ogniwach z udziałem wytworzonego tlenu oraz mieszanki powietrznej uzyskanej ze zbiorników tlenu i azotu.

1. Reformer – gazyfikacja oleju napędowego;
2. Reaktor – zwiększenie zawartości wodoru, eliminacja tlenku węgla’
3. Membrany – oddzielenie czystego wodoru i przekazanie go do ogniw paliwowych;
4. Ogniwa paliwowe – produkcja energii elektrycznej poprzez odwrotną hydrolizę;
5. Zbiornik tlenu – przechowywanie tlenu koniecznego do wytworzenia powietrza.

Podpis TW