του καπτ. Γεωργίου Γεωργούλη
Το ενδιαφέρον για την εγκατάσταση συστημάτων μπαταριών στα πλοία έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια. Η δυνατότητα μείωσης του ενεργειακού κόστους και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων καθιστά την τεχνολογία μπαταριών πολύτιμη για τη χρήση στα πλοία. Οι μπαταρίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών, όπως τα υβριδικά συστήματα, για να βοηθήσουν τους κινητήρες να λειτουργούν με το βέλτιστο φορτίο, αυξάνοντας παράλληλα την απόδοση.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης για τη λειτουργία κινητήρων ή ως εφεδρική πηγή ενέργειας για τη μείωση του φορτίου των γεννητριών. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε μειωμένο κόστος καυσίμου τόσο για την πρόωση όσο και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα συστήματα μπαταριών μπορούν να λειτουργούν παράλληλα με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η ηλιακή ή η αιολική ενέργεια, επιτρέποντας η ενέργειά τους να μετατρέπεται και να αποθηκεύεται για χρήση σε περιόδους που δεν είναι διαθέσιμη η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι στόχοι απαλλαγής από τον άνθρακα του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού (IMO) καθιστούν τα συστήματα μπαταριών ακόμα πιο ελκυστικά. Η μείωση της κατανάλωσης καυσίμου μέσω της χρήσης υβριδικών συστημάτων μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στη μείωση των εκπομπών για την κάλυψη των περιβαλλοντικών απαιτήσεων. Για να είναι αποτελεσματικά τα υβριδικά συστήματα, υπάρχει ανάγκη για αποδοτικές και βιώσιμες τεχνολογίες μπαταριών, που μπορούν να παρέχουν την ισχύ που απαιτείται για ένα τέτοιο σύστημα. Οι βελτιωμένες μπαταρίες επιτρέπουν επίσης την περαιτέρω εφαρμογή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, μειώνοντας ενδεχομένως τις εκπομπές. Καθώς η τάση στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων συνεχίζει να αυξάνεται, αυτή μπορεί να είναι μια απαραίτητη τεχνολογία για μια ενδεχόμενη στροφή σε περισσότερα υβριδικά ή ακόμα και πλήρως ηλεκτρικά πλοία.
Ο νηογνώμονας ABS δημοσίευσε μια μελέτη που διερευνά τα πλεονεκτήματα και τις προκλήσεις που συνεπάγονται τα υβριδικά συστήματα στα πλοία, εξετάζοντας τεχνολογίες όπως η ηλιακή ενέργεια και οι κυψέλες καυσίμου που μπορεί να είναι χρήσιμες σε ένα τέτοιο σύστημα. Αυτή η εργασία εξετάζει συγκεκριμένα τις τεχνολογίες μπαταριών και τον πιθανό αντίκτυπό τους στη ναυτιλιακή βιομηχανία.
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion) είναι αυτή τη στιγμή η πιο σημαντική τεχνολογία μπαταριών σε ναυτιλιακές εφαρμογές. Έχει αποδειχθεί ότι τα συστήματα μπαταριών ιόντων λιθίου είναι χρήσιμα για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας και τη διανομή της στα πλοία. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι κατασκευασμένες από θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια (που ονομάζονται κάθοδος και άνοδος αντίστοιχα), έναν ηλεκτρολύτη και έναν διαχωριστή.
Παρά τα πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με παλαιότερες τεχνολογίες μπαταριών, οι μπαταρίες Li-ion έχουν τους δικούς τους περιορισμούς. Τα συστήματα ιόντων λιθίου απαιτούν πολύπλοκα συστήματα παρακολούθησης για να διατηρούνται εντός του κατάλληλου εύρους λειτουργίας για θερμοκρασία και τάση.
Είναι ευαίσθητα στη θερμική διαφυγή, όπου μια αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει μια αυτοσυντηρούμενη χημική αντίδραση και περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό είναι δυνατόν να οδηγήσει σε αστοχία της μπαταρίας και πιθανή ανάφλεξη του διαχωριστή ηλεκτρολυτών και των ηλεκτροδίων, προκαλώντας πυρκαγιά στο σύστημα της μπαταρίας. Πρέπει να υπάρχουν συστήματα διαχείρισης μπαταριών και πυροπροστασίας για να αποφευχθεί αυτό και να αποτραπεί περαιτέρω ζημιά σε περίπτωση θερμικής διαφυγής. Ορισμένες έρευνες δείχνουν ότι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν φτάσει σχεδόν στο θεωρητικό όριο σε ενέργεια και πυκνότητα ισχύος. Αυτό περιορίζει τις δυνατότητές τους για ναυτιλιακές εφαρμογές, όπου απαιτούνται υψηλότερα επίπεδα ισχύος και ενέργειας, καθώς χρειάζεται περισσότερος χώρος για ένα μεγαλύτερο σύστημα μπαταρίας, για να καλύψει τις αυξημένες απαιτήσεις ηλεκτρικού φορτίου.
Οι κίνδυνοι για την ασφάλεια και οι ενεργειακοί περιορισμοί που περιβάλλουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν προκαλέσει το ενδιαφέρον για άλλες τεχνολογίες μπαταριών που υπάρχουν και ερευνώνται τώρα, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικές λύσεις. Μερικές από αυτές τις τεχνολογίες είναι οι μπαταρίες μετάλλου-αέρα, οι μπαταρίες ροής REDOX, οι μπαταρίες αμμωνίας και οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης. Αυτές οι πιθανές εναλλακτικές λύσεις για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια έρευνας, αλλά μπορεί να υποσχεθούν ότι τα συστήματα μπαταριών θα γίνουν πιο πρακτικά και διαδεδομένα στις ναυτιλιακές εφαρμογές στο μέλλον.
Το παραπάνω άρθρο δημοσιεύτηκε στο τεύχος Οκτωβρίου 2022, των Ναυτικών Χρονικών.
Μπορείτε να αποκτήσετε το τεύχος, πατώντας εδώ
