LH2 Pioneer - Ultra-insulated seaborne containment system for global LH2 ship transport

Hydrogen regnes som en stadig viktigere energibærer for lav- og nullutslippsløsninger. Hydrogen omfatter mange mulige sluttbruksområder innenfor transport på land og til sjøs, i kraftproduksjon og annen energibruk, og som innsatsfaktor i en rekke viktige industrisektorer. En nøkkelutfordring ligger i å skape kostnads- og energieffektive løsninger for hydrogenproduksjon, -lagring og -distribusjon, slik at produsenter og sluttbrukere effektivt koples lokalt, regionalt og globalt. For store volumer og lange distanser er skipstransport av flytende hydrogen (LH2) ett av de lovende alternativene, likt dagens transport og handel med LNG. Fullskala skipstransport krever nye løsninger for LH2-lagring og varmeisolering av tanker. I tillegg trengs nye og oppskalerte løsninger for LH2-lagring på land, og for lasting og lossing av tankskip. En tilstrekkelig isolasjonsstandard for lagringstanker må utvikles og påvises, slik at en oppnår lave fordampningstap av lasten på grunn av varmelekkasjen. LH2 Pioneer har som målsetting å utvikle et konseptuelt design av LH2-lagertanker, hver med 40-45.000 m3 volum og et energiinnhold på om lag 100 GWh. Isolasjonsstandarden skal gi et relativt fordampningstap ned mot 0.1 % per døgn, som tilsvarer dagens standard for LNG-skipstanker. I løpet av det første året har både en grovkornet modell og en mer detaljert modell som bruker endelig elementmetoden (FEM) blitt utviklet for å beregne varmestrømmene i LH2-tanker. Den grovkornede modellen viser god nøyaktighet i forhold til tilsvarende detaljerte FEM-beregninger, og den er beregningsmessig effektiv og numerisk robust. Den totale varmestrømmen inn i en LH2-tank som opererer på konstant trykk går enten til å fordampe væsken eller til å overhete gassen som tas ut. Denne fordelingen er et resultat både av hvordan varmen strømmer gjennom og langs tankveggene og hvordan den strømmer mellom gass- og væskefasen i tanken. I dette prosjektet har man begynt å studere denne fordelingen og effekten av den har på fordampingstapene. Videre jobbes det med å kartlegge mulighetene for å drive aktiv kjøling av tanken for å redusere tapene. I tillegg til LH2-lagertanker skaper prosjektet nye konseptløsninger for systemene som omgir tankene. Eksempler på dette er skipstype og skrogform, energiomforming til framdrift og andre energibehov om bord, håndtering av last-avkok under frakt, samt lasting og lossing av flytende hydrogen. Med tverrfaglig arbeid på tvers av disiplinene har prosjektet analysert ulike skipsløsninger i varierende operasjonelle scenarier, som for eksempel hastighet, rute og værforhold. Et formål med denne analysen er å finne gunstige teknisk-økonomiske avveiinger mellom de ulike kravene og behovene for storskala LH2-skipstransport. Eksempler på slike krav og behov er tankisolasjon som hindrer fordampningstap, og på den andre siden behovet for energi til framdrift og andre hjelpesystemer i ulike faser av sjøtransporten. Eksempler på viktige måltall/resultatindikatorer fra denne analysen er transporteffektivitet og kostnad per enhet hydrogen levert. Hva som er optimal tankisolasjon og dimensjonerende fordampningstap avhenger delvis av måten gassavkok håndteres om bord. Om det oppstår mer avkok en det som kan utnyttes til drivstoff, må overskuddet av gass re-kondenseres dersom tap av last skal unngås. Flytendegjøringsanlegg for hydrogen er komplekse energi- og kapitalintensive prosesser. Derfor har alternative re-kondenseringsprosesser på skipet blitt modellert med enklere strukturer enn for vanlige landbaserte flytendegjøringsanlegg. For å øke virkningsgraden til re-kondenseringsprosessene har muligheter for gjenvinning av kulde fra gassavkoks-strømmene blitt analysert. Analysene viser likevel at et re-kondenseringsanlegg på skipet kan være en energi- og kostnadsmessig ulempe. Derfor undersøker prosjektet også andre måter å håndtere eventuelle overskudd av gassavkok, for å søke det teknisk-økonomisk gunstigste alternativet. Eksempler på alternative metoder er andre hjelpekjøleprosesser, kompresjon av avkok med lagring i trykktanker, og kombinasjoner av disse tiltakene. Forskningspartnere i LH2 Pioneer er SINTEF Energi, SINTEF Ocean og NTNU. Prosjektet støttes av Forskningsrådet med 17 millioner kroner, og finansieres ytterligere av industripartnerne Equinor, Gassco, Air Liquide, HD KSOE og Moss Maritime.

Hydrogen has the potential of becoming a major energy commodity and can enable low- or zero-emission energy use in several of the world's energy sectors, such as power generation, road and rail transport, sea transport and energy- and emission-intensive industries. A major challenge in a mass rollout scenario for hydrogen is energy- and cost-efficient storage, transport and distribution from origin to end users. For hydrogen value chains to become economically viable, large volumes and scaled-up technology is mandatory. Liquid hydrogen (LH2) transport and storage can play a major role in hydrogen trade. LH2 is a promising option and offers superior flexibility in the receiving end with respect to energy flux, purity, pressurisation and distribution. LH2P is organised to generate crucial new knowledge about the key technologies needed for feasible large-scale LH2 transportation, reflecting a high level of novelty and scientific ambition. The project aims to develop a pioneering conceptual design for a large and cost-efficient liquid hydrogen containment system with 40'-45 000 m3 volume per tank and boiloff rates feasible for deep sea transport, targeting 0.1 % per day, taking this to TRL 2-3 (analytical validation) and thus preparing for further increase to TRL 4-6 in subsequent development projects. LH2P will also work systematically to de-risk and advance the TRL of other associated technologies: Vessel hull design and propulsion and power system; Onboard boiloff gas handling system; LH2 loading systems for full-scale efficient and safe LH2 transfer onto carriers. LH2P fields a strong industry consortium and an ambitious dissemination plan, targeting the most important stakeholder groups. The scientific sphere will be targeted through peer-reviewed journals and conferences of high merit. Other target groups are governments, industry, trade associations, NGOs and the public sphere, all of which are targeted through appropriate channels in the dissemination plan.