Producción de hidrógeno verde mediante energía residual para o transporte marítimo

Abstract

[Resumo] A presente tese de doutoramento investiga a produción de hidróxeno verde (gH₂) a bordo do transporte marítimo mediante o aproveitamento da enerxía térmica residual dispoñible. A elección dos buques metaneiros como modelo de embarcación xustifícase polo seu exceso de boil-off gas (BOG), que non se xestiona de forma eficaz cando a súa xeración supera a demanda enerxética do buque. A tese comeza cunha revisión da literatura sobre os distintos métodos da cadea de produción de gH₂ para identificar as opcións viables a bordo. A continuación, proponse almacenar a enerxía excedente en forma de gH₂ mediante electrólise alimentada por ciclos orgánicos de Rankine (ORCs). Realízase unha análise comparativa termo-económica de tres tecnoloxías de electrólise ben coñecidas: electrólise alcalina (AE), electrólise por membrana de intercambio protónico (PEME) e electrólise de óxidos sólidos (SOEC), co obxectivo de determinar a tecnoloxía máis eficaz. Os resultados demostran que a SOEC consume menos enerxía ca a PEME e a AE, produce máis gH₂ e é máis eficiente en termos xerais. Por tanto, proponse un ORC de dobre presión para substituír o ORC convencional no sistema de produción de gH₂ baseado en SOEC, co obxectivo de optimizar aínda máis o seu rendemento.[Resumen] La presente tesis doctoral analiza la producción de hidrógeno verde (gH₂) a bordo del transporte marítimo mediante el aprovechamiento de la energía térmica residual. Se eligen los buques metaneros GNL como modelo por su exceso del boil-off gas (BOG), que no se gestiona eficazmente cuando su generación supera la demanda energética del buque. Se inicia con una revisión bibliográfica de métodos para la producción de gH₂, a fin de identificar soluciones viables a bordo. Posteriormente, se propone almacenar la energía excedente como gH₂ mediante electrólisis impulsada por ciclos orgánicos de Rankine (ORCs). Se realiza un análisis termo-económico comparativo entre tres tecnologías de electrólisis: alcalina (AE), por membrana de intercambio protónico (PEME) y de óxidos sólidos (SOEC). Los resultados muestran que la SOEC consume menos energía, produce más gH₂ y es más eficiente en términos generales. Por ello, se plantea sustituir el ORC convencional por un ORC de doble presión en el sistema basado en SOEC, con el objetivo de mejorar el rendimiento global del proceso.[Abstract] The present doctoral thesis investigates green hydrogen (gH2) production onboard maritime transport by utilizing available waste heat energy. The choice of LNG carriers as the ship model is justified by their excess boil-off gas (BOG), which is not effectively managed when its generation exceeds the ship’s power demand. The thesis begins with a literature review of various gH2 production chain methods to identify suitable onboard options. It then proposes storing excess energy in the form of gH2 through electrolysis powered by organic Rankine cycles (ORCs). A thermo-economic comparative analysis of three well-known electrolysis technologies, namely alkaline electrolysis (AE), proton exchange membrane electrolysis (PEME), and solid oxide electrolysis (SOEC) is conducted to determine the most effective technology. The results demonstrate that SOEC consumes less energy than both PEME and AE, produces more gH2, and is more efficient overall. Hence, a dual-pressure ORC is proposed to replace the conventional ORC in the SOEC-based gH2 production system, to further optimise its performance.