Safety aspects of maritime hydrogen fuel from local sorption-enhanced ethanol steam reforming

Abstract

Damp reformering av etanol med integrert CO2-fangst, såkalt sorption-enhanced ethanol steam reforming (SEESR), har potensiale til å effektivt konvertere etanol til hydrogen. I denne masteroppgaven vurderes sikkerhetsaspekter tilknyttet et lokalt, maritimt SEESR system. Sikkerheten ved et fergekonsept ble vurdert i tråd med IMO sine regler for alternativ design. I konseptet ble solid-oxide fuel cell (SOFC) brenselceller brukt til å generere strøm fra hydrogenet produsert. FLACS, en CFD programvare, ble benyttet til å kvantifisere konsekvenser og risiko knyttet til utslipp av gasser i forbindelse med lekkasjer eller brudd på rør eller utstyr. Som del av arbeidet ble termodynamiske egenskaper ved etanol samlet og brukt til å definere etanol som en gass i FLACS, slik at den kan modelleres. Det SEESR-baserte systemet ble demonstrert til å være minst like trygt som systemer basert på konvensjonelle drivstoff. Systemet har små mengder av hydrogen som potensielt kan lekke, og dette ble vektlagt som en styrke ved SEESR-systemet med tanke på sikkerhet. Dersom etanol oppbevares kjølig ved temperatur under flammepunkt på 13 grader Celsius, vil fare for eksplosjon og brann i lagerrommet være svært begrenset.

Sorption-enhanced ethanol steam reforming (SEESR) has potential as an efficient conversion process of ethanol to hydrogen. The present thesis considers safety aspects of a conceptualised local SEESR system. A concept double-ended ferry was considered with IMO alternative design procedure in mind. In the concept, solid-oxide fuel cells were used to generate power. FLACS, a CFD code, was used to estimate consequences and risk from loss of containment scenarios. As part of the work, ethanol properties were gathered and used to define ethanol as a substance that could be modelled in FLACS. The SEESR system was demonstrated to at least be equally safe for use in maritime vessels as conventional fuels. The low amount of hydrogen that can potentially leak during operation of a SEESR system was emphasised as an important factor in arriving at this conclusion. If the ethanol is stored below its flash point at 13 degrees Celsius, the risk of fire or explosion in the storage holding space should be negligible.