【船舶】复合材料如何助力法国首艘零排放货船下水
法国内陆航运集团索杰斯特兰(Sogestran)与 Hexagon Purus合作推出的 “祖鲁06号”(Zulu 06)，是该国首艘氢动力内河船舶。除技术突破外，该项目还凸显了先进复合材料在为海运提供安全、高效且可规模化的氢储存解决方案中所发挥的关键作用。
2024年末，巴黎见证了可持续交通史上的一个里程碑：“祖鲁06号” 正式命名下水。这艘55米长的内河货船可运载400吨货物，且完全依靠氢燃料电池运行。作为索杰斯特兰集团在 “欧洲旗舰计划”(European Flagships program)框架下研发的项目，“祖鲁06号” 远不止是一艘船——它向人们展示了零排放内陆航运所能实现的目标。
索杰斯特兰集团董事长兼首席执行官帕斯卡尔・吉拉德(Pascal Girardet)强调了这一步骤的重要性：“氢能领域仍在建设阶段，该领域发展的每一步都对其普及至关重要，并最终将推动完整价值链的构建。借助‘祖鲁 06 号’，我们在内河航运领域迈出了关键一步。这艘船不仅体现了卓越的技术水平，也彰显了索杰斯特兰对可持续、高效交通出行的承诺。”
时任法国交通部长级代表弗朗索瓦・迪罗夫雷(François Durovray)在 “祖鲁06号” 命名仪式上表示：“‘祖鲁06号’的命名下水，标志着法国在内河航运和能源转型领域取得了重大进展。作为法国首艘氢动力内河船舶，它体现了国家对可持续、创新且低碳交通出行的承诺…… 该项目是欧洲合作的典范，也是公共部门与私营机构在推动本地、可持续绿色交通方面协同合作的绝佳案例。”
“祖鲁06号” 配备两台200千瓦的质子交换膜(PEM)燃料电池，依靠300千克、压力为300巴的压缩绿氢运行，续航里程约500公里，非常适合在塞纳河上往返热讷维利耶(Gennevilliers)与马恩河畔博讷伊(Bonneuil-sur-Marne)之间开展城市物流运输。通过大幅减少排放、噪音和颗粒物污染，“祖鲁06号” 为大都市中心区打造更清洁的物流网络提供了可行范本。
尽管公众的注意力大多集中在 “氢作为燃料” 这一焦点上，但背后还有一个不那么显眼却同样关键的因素 —— 正是复合材料的应用，才使得水上氢储存成为可能。
从公路到内河：复合材料是核心
氢的低密度和高储存压力要求，使其储存和运输难度极大。而这正是Hexagon Purus的专业优势所在。2021年，索杰斯特兰选择Hexagon Purus 作为供应商，为其提供配备 4 型复合气瓶的 20 英尺多单元气体容器(MEGC)。这一选择并非偶然：Hexagon Purus在公路运输氢储存领域拥有数十年经验。正如Hexagon Purus产品经理斯特凡・韦多夫斯基所解释的：“2021 年，索杰斯特兰选择Hexagon Purus作为20英尺4型复合气瓶多单元气体容器的供应商，正是因为我们在制造氢能运输与储存用多单元气体容器方面拥有深厚的经验。”
韦多夫斯基指出，尽管所用气瓶的类型与公路应用中的气瓶一致，但要将其适配于海事场景，仍需开展新的工程设计工作。他表示：“这些气瓶的类型和设计与更常规的公路应用版本相同。然而，为满足海事要求，我们需要额外增加安全和控制措施。例如，我们交付的设备中包含一个额外的侧柜，可用于接入气体系统和信号接口。”
应对安全与合规挑战
将氢能应用于内河水运，意味着必须满足严苛的安全要求。索杰斯特兰、造船厂与船级社通过合作，对设计进行了多项修改。韦多夫斯基回忆道：“早在客户与技术销售部门进行预订单讨论时，双方就确定了首版管道及仪表流程图(P&ID)。在项目推进过程中，造船厂还与该船的船级社就设计方案展开了深入讨论。与原始设计相比，我们增加了额外的泄压装置 —— 这类装置并非多单元气体容器的标准安全配置。”
这一过程凸显了一个关键现实：尽管氢能技术在陆地上已取得快速发展，但要使其符合海事规则，仍需定制化解决方案，在创新与安全合规之间实现平衡。
复合材料为何至关重要
“祖鲁06号” 氢储存系统的核心是4型高压气瓶。韦多夫斯基介绍道：“这些气瓶是所谓的4型高压气瓶，由内部塑料内胆和外部完整包裹的碳纤维构成。这种复合设计的优势在于，此类气瓶的‘重量 - 有效载荷比’更低，且材料组合具备抗腐蚀和抗疲劳的特性。”
他进一步解释了气瓶集成过程中的挑战：“内部塑料内胆用于容纳高压气体，并装有顶部和底部的金属接头。这些接头是连接多单元气体容器外部结构的接口。在气体进出口侧（由于气瓶通常垂直安装在容器内，因此接口一般位于气瓶顶部），接头可通过适配器与气体管道系统连接。在气瓶底部，则通过牢固的螺母螺纹连接将其固定在容器结构中。”
包裹在内胆外的复合材料 —— 即缠绕在内胆上的碳纤维 —— 为气瓶提供了必要的结构强度，使其能够承受高达 950 巴的压力，同时还能适应内胆在不同载荷条件下的几何形变。从这一角度来看，“祖鲁 06 号” 受益于复合气瓶制造领域超过 40 年的研发积累 —— 与钢制气瓶相比，复合气瓶让氢储存变得更轻、更安全、更耐用。
尽管相关材料的性能已得到验证，但认证仍是一大障碍。韦多夫斯基表示：“如前所述，这些气瓶并非专门为‘祖鲁 06 号’研发。但该船的审批过程中，仍包含对气瓶规格的详细审查，以及对气瓶研发阶段所开展测试的评估。”
走出巴黎：迈向全球海事氢能未来
Hexagon Purus 在海事氢能项目领域并非新手。斯特凡・韦多夫斯基提到了该公司在挪威正在推进的工作：“我们位于挪威的子公司 Hexagon Purus Maritime，在设计和交付完整氢燃料储存系统方面具备高度专业性。该公司已向水产养殖业作业船运营商莫恩海事交付设备，最近还公布了一份与弗雷雷造船厂的合同 —— 为一艘 75 米长的绿色和平组织帆船提供氢储存系统，订单价值约 250 万欧元。他们是推动氢能作为海事燃料商业化应用的核心力量。”
这表明，“祖鲁06号” 并非孤立案例，而是欧洲乃至全球向零排放海事物流迈进的广泛行动的一部分。该船是 “旗舰联盟”(Flagships consortium)研发的两艘示范船之一，该联盟汇集了 12 家欧洲合作伙伴，包括船东、技术供应商和研究机构。除法国的 “祖鲁 06 号” 外，另一艘示范船是 “氢动力驳船 2 号”(H2 Barge 2)—— 这是一艘改造后的集装箱船，由 “未来保障航运公司”(Future Proof Shipping)运营，往返于鹿特丹（荷兰）和杜伊斯堡（德国）之间。
“旗舰计划” 由欧盟 “地平线 2020” 框架下的 “清洁氢能伙伴关系”(Clean Hydrogen Partnership)资助，其目标是通过在实际商业运营中部署氢动力船舶，提高零排放水上运输的技术成熟度和应用可行性。这些船舶将在18个月的示范期内接受监测，相关数据将用于验证性能，并为未来的技术发展提供指导。
