【船舶】復合材料如何助力法國首艘零排放貨船下水
法國內陸航運集團索杰斯特蘭(Sogestran)與 Hexagon Purus合作推出的 “祖魯06號”(Zulu 06)，是該國首艘氫動力內河船舶。除技術突破外，該項目還凸顯了先進復合材料在為海運提供安全、高效且可規?；臍鋬Υ娼鉀Q方案中所發揮的關鍵作用。
2024年末，巴黎見證了可持續交通史上的一個里程碑：“祖魯06號” 正式命名下水。這艘55米長的內河貨船可運載400噸貨物，且完全依靠氫燃料電池運行。作為索杰斯特蘭集團在 “歐洲旗艦計劃”(European Flagships program)框架下研發的項目，“祖魯06號” 遠不止是一艘船——它向人們展示了零排放內陸航運所能實現的目標。
索杰斯特蘭集團董事長兼首席執行官帕斯卡爾?吉拉德(Pascal Girardet)強調了這一步驟的重要性：“氫能領域仍在建設階段，該領域發展的每一步都對其普及至關重要，并最終將推動完整價值鏈的構建。借助‘祖魯 06 號’，我們在內河航運領域邁出了關鍵一步。這艘船不僅體現了卓越的技術水平，也彰顯了索杰斯特蘭對可持續、高效交通出行的承諾。”
時任法國交通部長級代表弗朗索瓦?迪羅夫雷(François Durovray)在 “祖魯06號” 命名儀式上表示：“‘祖魯06號’的命名下水，標志著法國在內河航運和能源轉型領域取得了重大進展。作為法國首艘氫動力內河船舶，它體現了國家對可持續、創新且低碳交通出行的承諾…… 該項目是歐洲合作的典范，也是公共部門與私營機構在推動本地、可持續綠色交通方面協同合作的絕佳案例。”
“祖魯06號” 配備兩臺200千瓦的質子交換膜(PEM)燃料電池，依靠300千克、壓力為300巴的壓縮綠氫運行，續航里程約500公里，非常適合在塞納河上往返熱訥維利耶(Gennevilliers)與馬恩河畔博訥伊(Bonneuil-sur-Marne)之間開展城市物流運輸。通過大幅減少排放、噪音和顆粒物污染，“祖魯06號” 為大都市中心區打造更清潔的物流網絡提供了可行范本。
盡管公眾的注意力大多集中在 “氫作為燃料” 這一焦點上，但背后還有一個不那么顯眼卻同樣關鍵的因素 —— 正是復合材料的應用，才使得水上氫儲存成為可能。
從公路到內河：復合材料是核心
氫的低密度和高儲存壓力要求，使其儲存和運輸難度極大。而這正是Hexagon Purus的專業優勢所在。2021年，索杰斯特蘭選擇Hexagon Purus 作為供應商，為其提供配備 4 型復合氣瓶的 20 英尺多單元氣體容器(MEGC)。這一選擇并非偶然：Hexagon Purus在公路運輸氫儲存領域擁有數十年經驗。正如Hexagon Purus產品經理斯特凡?韋多夫斯基所解釋的：“2021 年，索杰斯特蘭選擇Hexagon Purus作為20英尺4型復合氣瓶多單元氣體容器的供應商，正是因為我們在制造氫能運輸與儲存用多單元氣體容器方面擁有深厚的經驗。”
韋多夫斯基指出，盡管所用氣瓶的類型與公路應用中的氣瓶一致，但要將其適配于海事場景，仍需開展新的工程設計工作。他表示：“這些氣瓶的類型和設計與更常規的公路應用版本相同。然而，為滿足海事要求，我們需要額外增加安全和控制措施。例如，我們交付的設備中包含一個額外的側柜，可用于接入氣體系統和信號接口。”
應對安全與合規挑戰
將氫能應用于內河水運，意味著必須滿足嚴苛的安全要求。索杰斯特蘭、造船廠與船級社通過合作，對設計進行了多項修改。韋多夫斯基回憶道：“早在客戶與技術銷售部門進行預訂單討論時，雙方就確定了首版管道及儀表流程圖(P&ID)。在項目推進過程中，造船廠還與該船的船級社就設計方案展開了深入討論。與原始設計相比，我們增加了額外的泄壓裝置 —— 這類裝置并非多單元氣體容器的標準安全配置。”
這一過程凸顯了一個關鍵現實：盡管氫能技術在陸地上已取得快速發展，但要使其符合海事規則，仍需定制化解決方案，在創新與安全合規之間實現平衡。
復合材料為何至關重要
“祖魯06號” 氫儲存系統的核心是4型高壓氣瓶。韋多夫斯基介紹道：“這些氣瓶是所謂的4型高壓氣瓶，由內部塑料內膽和外部完整包裹的碳纖維構成。這種復合設計的優勢在于，此類氣瓶的‘重量 - 有效載荷比’更低，且材料組合具備抗腐蝕和抗疲勞的特性。”
他進一步解釋了氣瓶集成過程中的挑戰：“內部塑料內膽用于容納高壓氣體，并裝有頂部和底部的金屬接頭。這些接頭是連接多單元氣體容器外部結構的接口。在氣體進出口側（由于氣瓶通常垂直安裝在容器內，因此接口一般位于氣瓶頂部），接頭可通過適配器與氣體管道系統連接。在氣瓶底部，則通過牢固的螺母螺紋連接將其固定在容器結構中。”
包裹在內膽外的復合材料 —— 即纏繞在內膽上的碳纖維 —— 為氣瓶提供了必要的結構強度，使其能夠承受高達 950 巴的壓力，同時還能適應內膽在不同載荷條件下的幾何形變。從這一角度來看，“祖魯 06 號” 受益于復合氣瓶制造領域超過 40 年的研發積累 —— 與鋼制氣瓶相比，復合氣瓶讓氫儲存變得更輕、更安全、更耐用。
盡管相關材料的性能已得到驗證，但認證仍是一大障礙。韋多夫斯基表示：“如前所述，這些氣瓶并非專門為‘祖魯 06 號’研發。但該船的審批過程中，仍包含對氣瓶規格的詳細審查，以及對氣瓶研發階段所開展測試的評估。”
走出巴黎：邁向全球海事氫能未來
Hexagon Purus 在海事氫能項目領域并非新手。斯特凡?韋多夫斯基提到了該公司在挪威正在推進的工作：“我們位于挪威的子公司 Hexagon Purus Maritime，在設計和交付完整氫燃料儲存系統方面具備高度專業性。該公司已向水產養殖業作業船運營商莫恩海事交付設備，最近還公布了一份與弗雷雷造船廠的合同 —— 為一艘 75 米長的綠色和平組織帆船提供氫儲存系統，訂單價值約 250 萬歐元。他們是推動氫能作為海事燃料商業化應用的核心力量。”
這表明，“祖魯06號” 并非孤立案例，而是歐洲乃至全球向零排放海事物流邁進的廣泛行動的一部分。該船是 “旗艦聯盟”(Flagships consortium)研發的兩艘示范船之一，該聯盟匯集了 12 家歐洲合作伙伴，包括船東、技術供應商和研究機構。除法國的 “祖魯 06 號” 外，另一艘示范船是 “氫動力駁船 2 號”(H2 Barge 2)—— 這是一艘改造后的集裝箱船，由 “未來保障航運公司”(Future Proof Shipping)運營，往返于鹿特丹（荷蘭）和杜伊斯堡（德國）之間。
“旗艦計劃” 由歐盟 “地平線 2020” 框架下的 “清潔氫能伙伴關系”(Clean Hydrogen Partnership)資助，其目標是通過在實際商業運營中部署氫動力船舶，提高零排放水上運輸的技術成熟度和應用可行性。這些船舶將在18個月的示范期內接受監測，相關數據將用于驗證性能，并為未來的技術發展提供指導。
