गोटलैंड होराइजन एक्स के अंदरूनी दृश्य: विशाल, हाइड्रोजन-चालित कैटामरान

चित्र 1. गोटलैंड होराइजन एक्स दुनिया की पहली बड़े पैमाने की कैटामरान होगी जो 100% हाइड्रोजन ईंधन पर चलने में सक्षम होगी (ऑस्टल के सौजन्य से)।

जलवायु परिवर्तन को कम करने और अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन (आईएमओ) के 2050 के नेट-ज़ीरो लक्ष्य की ओर प्रगति पर बढ़ते ध्यान के साथ, समुद्री क्षेत्र पर कार्बन उत्सर्जन कम करने का तीव्र दबाव है। आज, समुद्री परिवहन प्रतिवर्ष लगभग एक अरब टन CO2 उत्सर्जित करता है, जो विश्व स्तर पर ऊर्जा से संबंधित सभी कार्बन उत्सर्जन का लगभग 2-3% है।

पिछले दशक में छोटे वाणिज्यिक और तटीय जहाजों से होने वाले उत्सर्जन को कम करने में पूर्णतः विद्युत और डीजल-विद्युत प्रणोदन (डीईपी) प्रणालियों के माध्यम से काफी प्रगति हुई है। हालांकि, सैकड़ों या हजारों मील की दूरी तय करने वाले बड़े समुद्री और मालवाहक जहाजों को कार्बन मुक्त करना अधिक कठिन साबित हुआ है।

2025 में, सीमेंस एनर्जी, स्वीडिश फेरी लाइन ऑपरेटर गोटलैंड्सबोलागेट और ऑस्ट्रेलिया स्थित वैश्विक जहाज निर्माण कंपनी, ऑस्टल ने गोटलैंड होराइजन एक्स के विकास के साथ इस चुनौती से निपटने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया: एक उच्च गति वाली कैटामरान जिसका उद्देश्य गोटलैंड द्वीप और स्वीडिश मुख्य भूमि के बीच शून्य CO2 उत्सर्जन प्रदान करना है।

इस पोत में सीमेंस एनर्जी के एसजीटी-400 उच्च-दक्षता वाले गैस टर्बाइन संयुक्त चक्र विन्यास में लगे होंगे। गैस और स्टीम टर्बाइन कोंग्सबर्ग वाटर जेट्स को संचालित करेंगे और मुख्य गियरबॉक्स पर पावर टेक-ऑफ (पीटीओ) के माध्यम से फेरी के विद्युत भार की आपूर्ति करेंगे।

यह पोत लगभग 50% की ईंधन दक्षता के साथ संचालित होगा – जो पारंपरिक समुद्री डीजल इंजनों से कहीं बेहतर है। इसके अतिरिक्त, इसकी बहु-ईंधन क्षमता भविष्य में एलएनजी, बायो-एलएनजी, मेथनॉल, बायोडीजल और 100% हाइड्रोजन पर संचालन की संभावना खोलती है, जिससे शून्य-उत्सर्जन समुद्री परिवहन का मार्ग प्रशस्त होता है।

शून्य-उत्सर्जन परिवहन

गोटलैंड्सबोलागेट का लक्ष्य 2045 तक गोटलैंड द्वीप और स्वीडिश मुख्य भूमि के बीच जीवाश्म-मुक्त नौका परिवहन स्थापित करना है, जिससे यात्रा के समय पर कोई प्रभाव न पड़े। इस लक्ष्य को "डेस्टिनेशन ज़ीरो" नाम दिया गया है।
कंपनी ने 2009 में कम उत्सर्जन वाले जहाज की अपनी पहली अवधारणा तैयार की। तब से, गोटलैंड टेक डेवलपमेंट ने कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को कम करने के लिए जहाजरानी क्षेत्र में नवीनतम तकनीकी प्रगति को शामिल करने और बढ़ावा देने के लिए काम किया है। हालांकि दीर्घकालिक लक्ष्य हाइड्रोजन-आधारित प्रणोदन प्रौद्योगिकियों का उपयोग करना है, वर्तमान डिजाइन अवधारणाएं ऐसे समाधानों पर केंद्रित हैं जो हाइड्रोजन ईंधन की पूर्ण आपूर्ति श्रृंखला विकसित होने तक कम कार्बन वाले ईंधनों के उपयोग की अनुमति देते हैं।

2021 में, इन विकासों के परिणामस्वरूप गोटलैंड्सबोलागेट के पहले शून्य-उत्सर्जन अवधारणा वाले जहाजों, होराइजन श्रृंखला का शुभारंभ हुआ। आगे के कार्यों के फलस्वरूप, फरवरी 2025 में ऑस्टल को बहु-ईंधन, हाइड्रोजन-युक्त गोटलैंड होराइजन एक्स हाई-स्पीड कैटामरान के लिए ऑर्डर दिया गया, जिससे यह परिकल्पना साकार हुई।

होराइजन एक्स के 2029 में सेवा में आने की उम्मीद है और यह 400 कारें और 1,500 यात्री ले जाने में सक्षम होगा। 30 समुद्री मील की अधिकतम गति के साथ, यह जहाज लगभग 140 किलोमीटर की दूरी को तीन घंटे से कुछ अधिक समय में तय कर लेगा।

चित्र 2. गोटलैंड होराइजन एक्स पर इंजन कक्ष का लेआउट, जिसमें संयुक्त चक्र विद्युत संयंत्र दिखाया गया है (ऑस्टल के सौजन्य से)

प्रणोदन प्रणाली और इंजन कक्ष डिजाइन

गोटलैंड होराइजन एक्स इंजन रूम, सीमेंस एनर्जी के ओशन ग्रीन हाइब्रिड कंबाइंड साइकिल कॉन्सेप्ट का एक व्युत्पन्न है, जो 2022 में पेश किया गया एक कम उत्सर्जन वाला प्रणोदन समाधान है।

कैटामारन के प्रत्येक पतवार में सीमेंस एनर्जी एसजीटी-400 गैस टरबाइन पर आधारित एक संयुक्त-चक्र विद्युत संयंत्र होगा, जो 10-20°C के परिवेश तापमान पर 13 मेगावाट की गारंटीकृत विद्युत उत्पादन क्षमता प्रदान करेगा (जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है)। एसजीटी-400 एक सिद्ध हल्का औद्योगिक गैस टरबाइन है जिसे 1997 में लॉन्च किया गया था। आज, विश्व भर में इसके 400 से अधिक यूनिट कार्यरत हैं, जिन्होंने 70 लाख से अधिक परिचालन घंटे पूरे कर लिए हैं, जिनमें से कई अपतटीय वातावरण में हैं।

गैस टरबाइन को एक आधार पर स्थापित किया गया है जिसमें चिकनाई वाले तेल का टैंक और सभी आवश्यक सहायक प्रणालियाँ लगी होती हैं, जिससे एक कॉम्पैक्ट इकाई बनती है जिसे स्थापित करना आसान होता है। केवल अग्निशामक यंत्र की बोतलें और चिकनाई वाले तेल का कूलर ही पैकेज से बाहर स्थित होते हैं।

तेल और गैस उद्योग में प्राप्त अनुभव और डिज़ाइनों के आधार पर, सीमेंस एनर्जी ने समुद्री आवश्यकताओं के अनुपालन को सुनिश्चित करने के लिए पिछले दो वर्षों में डीएनवी के साथ मिलकर काम किया है। आज, कोर गैस टरबाइन, संपूर्ण पैकेज और नियंत्रण प्रणाली, सभी को डीएनवी द्वारा समुद्री अनुप्रयोगों के लिए टाइप-अप्रूव्ड किया गया है।

गैस टरबाइन के निकास में उत्पन्न अपशिष्ट ऊष्मा को एक बार उपयोग होने वाले स्टीम जनरेटर (ओटीएसजी) का उपयोग करके पुनर्प्राप्त किया जाता है, जो 55 बार तक के दबाव और 510°C के डिज़ाइन इनलेट तापमान पर भाप प्रदान करता है, जिससे 5.3 मेगावाट के कंडेंसिंग स्टीम टरबाइन को चलाया जा सके। ओटीएसजी का चयन इसके कम वजन, कॉम्पैक्ट आकार और पारंपरिक समुद्री बॉयलरों की तुलना में कम मेक-अप जल खपत के कारण किया गया था।

हालांकि इस प्रकार के संयुक्त चक्र विन्यास के लिए जनरेटर चलाना और इलेक्ट्रिक प्रणोदन मोटरों के लिए बिजली की आपूर्ति करना अधिक पारंपरिक है (समुद्री अनुप्रयोगों में इसे संयुक्त गैस-इलेक्ट्रिक और स्टीम, या सीओजीईएस के रूप में जाना जाता है), गोटलैंड होराइजन एक्स के लिए दक्षता को अधिकतम करने और वजन को कम करने के लिए, गैस टर्बाइन और स्टीम टर्बाइन दोनों एक गियरबॉक्स व्यवस्था के माध्यम से वाटरजेट को चलाएंगे।

गैस टरबाइन पैकेज में एक गियरबॉक्स शामिल है जो पावर टरबाइन की गति को सामान्य 9,500 आरपीएम से घटाकर 1,800 आरपीएम कर देता है। इसके बाद एक दूसरा "मुख्य" गियरबॉक्स गति को सामान्य 1,800 आरपीएम से घटाकर वाटर जेट्स द्वारा आवश्यक गति तक ले आता है। स्टीम टरबाइन पैकेजों में भी इसी तरह की व्यवस्था का उपयोग किया जाता है। गैस टरबाइन नियंत्रित वाटर जेट्स को संचालित करते हैं जबकि स्टीम टरबाइन बूस्टर वाटर जेट्स को संचालित करते हैं। यह अवधारणा मुख्य ड्राइव गियरबॉक्स में कुल 36.4 मेगावाट शाफ्ट पावर प्रदान करती है, जिसकी समग्र ईंधन दक्षता लगभग 50% है।

जहाज की विद्युत आपूर्ति के लिए, मुख्य गियरबॉक्स में 1 मेगावाट पीटीआई/पीटीओ लगाए गए हैं, साथ ही बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली (बीईएसएसएस) और प्रत्यावर्ती सहायक जनरेटर सेट भी लगाए गए हैं। तट से कनेक्शन होने के कारण, सिस्टम को ठंडा रखते हुए और जनरेटरों को चलाए बिना जहाज को कुछ समय के लिए निष्क्रिय रखा जा सकता है।

गैस टरबाइन को ध्वनि और शोर से सुरक्षा के लिए एक विशेष हवादार आवरण में स्थापित किया गया है, जिससे इंजन कक्ष में ऊष्मा का उत्सर्जन कम होता है। दहन वायु और आवरण की वेंटिलेशन वायु को बाहर से गैस टरबाइन पैकेज में पाइप के माध्यम से पहुंचाया जाता है, जिसमें उचित फ़िल्टरेशन और ध्वनि नियंत्रण की व्यवस्था होती है ताकि गैस टरबाइन का विश्वसनीय संचालन और यात्रियों का आराम सुनिश्चित हो सके।

चित्र 3. जहाज की ऊर्जा प्रणाली का मुख्य आरेख। चित्र सौजन्य: सीमेंस एनर्जी

उत्सर्जन प्रदर्शन और हाइड्रोजन संचालन

ईंधन की लचीलता और कम उत्सर्जन, गोटलैंडबोलागेट द्वारा होराइजन एक्स पर एसजीटी-400 गैस टर्बाइन का उपयोग करने के निर्णय के पीछे दो मुख्य कारण थे।

मानक के तौर पर, SGT-400 में ड्राई लो एमिशन (DLE) दहन प्रणाली लगी होती है। गोटलैंड होराइजन X के लिए निर्मित इकाइयाँ ड्यूल-फ्यूल होंगी और LNG और डीजल दोनों पर चलने में सक्षम होंगी, साथ ही ये IMO के टियर III NOx उत्सर्जन आवश्यकताओं (<2g/kWh) का अनुपालन E2 और E3 ड्यूटी साइकल के लिए बिना किसी सेलेक्टिव कैटेलिटिक रिडक्शन (SCR) प्रणाली की आवश्यकता के प्रदर्शित करेंगी।

गैस टर्बाइन निरंतर लौ और दहनक के भीतर अपेक्षाकृत लंबे समय तक लौ के साथ संचालित होते हैं। मीथेन रिसाव नगण्य है, और गैस टर्बाइन के अधिकतम निरंतर रेटिंग (MCR) के 50% और 100% के बीच संचालन के दौरान इसका स्तर 0.014 ग्राम/kWh से कम रहने की उम्मीद है।

हाल ही में किए गए दहन रिग परीक्षण से यह प्रदर्शित हुआ है कि, एक संशोधित ईंधन इंजेक्टर के साथ, दहन प्रणाली मेथनॉल पर काम कर सकती है।

गोटलैंड होराइजन एक्स का दीर्घकालिक लक्ष्य इसे 100% हाइड्रोजन ईंधन पर संचालित करना है।

हाइड्रोजन के दहन गुण प्राकृतिक गैस से भिन्न होते हैं, इसकी ज्वलनशीलता सीमा व्यापक होती है और ज्वाला की गति अधिक होती है, जिससे फ्लैशबैक का खतरा बढ़ जाता है। महत्वपूर्ण संशोधनों के बिना, गैस टर्बाइनों पर मानक डीएलई दहन प्रणालियों में आमतौर पर प्राकृतिक गैस के साथ मिश्रित हाइड्रोजन की मात्रा 20-50% तक सीमित होती है।

सीमेंस एनर्जी ने 100% हाइड्रोजन-सक्षम दहन प्रणाली विकसित करने का कार्य एक दशक से भी अधिक समय पहले शुरू किया था। 2023 में, फ्रांस में यूरोपीय संघ द्वारा वित्त पोषित HYFLEXPOWER प्रदर्शन परियोजना के दौरान SGT-400 पर 100% लक्ष्य प्राप्त किया गया। आगामी कुछ वर्षों में इसी स्थान पर HyCoFlex परियोजना के अंतर्गत अतिरिक्त परीक्षण किए जाएंगे।

नया कंबस्टर न केवल 100% हाइड्रोजन पर, बल्कि 100% प्राकृतिक गैस (या एलएनजी) और हाइड्रोजन तथा गैस/एलएनजी के किसी भी मिश्रण पर भी चलने में सक्षम होगा, और एससीआर के बिना भी आईएमओ के एनओएक्स मानकों को पूरा करेगा। यह कंबस्टर मानक डीएलई वेरिएंट से थोड़ा लंबा है, लेकिन गैस टरबाइन कोर में मामूली बदलाव करके इसे आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है।

समुद्री जहाजों को कार्बनमुक्त करने की तकनीक

वर्तमान में, समुद्री क्षेत्र के उत्सर्जन में सबसे बड़ा योगदान लंबी दूरी के जहाजों के परिवहन का है। चूंकि इन जहाजों को लंबी दूरी तय करनी पड़ती है और वे लंबे समय तक बंदरगाहों से दूर रहते हैं, इसलिए वैकल्पिक ईंधन क्षमताओं वाले हाइब्रिड प्रणोदन डिजाइन कार्बन उत्सर्जन को कम करने का सबसे व्यावहारिक विकल्प हैं।

इन जहाजों में हाइब्रिड तकनीकों को लागू करने की प्राथमिक चुनौती माल और ईंधन की वहन क्षमता को अधिकतम करने के लिए स्थान संरक्षण की आवश्यकता है (क्योंकि कम कार्बन वाले ईंधनों का घनत्व HFO और अन्य समुद्री डीजल की तुलना में कम होता है)। हालांकि डीजल- या गैस-इलेक्ट्रिक सिस्टम, पावर कंडीशनिंग उपकरण और बैटरी लगाने का व्यावसायिक औचित्य अभी भी कठिन है, लेकिन आर्थिक दृष्टिकोण में सुधार हो रहा है।

विशेष रूप से एलएनजी वाहक पोतों पर, ओशन ग्रीन अवधारणा, जिसमें इलेक्ट्रिक प्रणोदन के साथ हाइब्रिड संयुक्त-चक्र इंजन का उपयोग किया जाता है (जैसे कि गोटलैंड होराइजन एक्स पर स्थापित किया जाने वाला सिस्टम), अत्यंत उपयुक्त है। कॉम्पैक्ट इंजन रूम लेआउट और कम वजन के कारण माल ढुलाई क्षमता में 7-11% की वृद्धि होती है, जिसके परिणामस्वरूप पारंपरिक 2-स्ट्रोक 174,000 घन मीटर एलएनजी वाहक पोत या छोटे टैंकर की तुलना में प्रति यूनिट माल ढुलाई लागत में 17% तक की कमी आती है।

हाइब्रिड प्रणालियों में हाइड्रोजन ईंधन सेल का उपयोग दीर्घकालिक रूप से कार्बन उत्सर्जन कम करने के एक मार्ग के रूप में लोकप्रियता हासिल कर रहा है। सीमेंस एनर्जी वर्तमान में विभिन्न प्रकार और आकार के समुद्री जहाजों पर हाइड्रोजन ईंधन सेल लगाने के लिए साझेदारों के साथ काम कर रही है।

गैस टरबाइन की अंतर्निहित ईंधन लचीलता और दक्षता का उपयोग करते हुए, गोटलैंड होराइजन एक्स एक उत्कृष्ट बहु-ईंधन-सक्षम तीव्र गति वाली नौका है, जो गति और यात्री एवं मालवाहक क्षमता से समझौता किए बिना कम CO2 और NOx उत्सर्जन प्रदान करती है। यह पोत उच्च-प्रदर्शन, टिकाऊ पोत डिजाइन के लिए एक स्केलेबल ब्लूप्रिंट प्रस्तुत करता है। यह शून्य-उत्सर्जन वाले, समुद्र में चलने वाले जहाजों का मार्ग प्रशस्त करता है - जिससे उद्योग का कम कार्बन वाले भविष्य की ओर संक्रमण गतिमान होता है।

नया कामेवा एस-4एल वाटरजेट

कोंग्सबर्ग मैरीटाइम ने गोटलैंड्सबोलागेट की अगली पीढ़ी की हाई-स्पीड फेरी, होराइजन एक्स के लिए प्रणोदन प्रणाली की आपूर्ति के अनुबंध के साथ अपनी नई कामेवा एस-4एल वाटरजेट श्रृंखला का शुभारंभ किया। इस फेरी में दो एस160-एस4एल वाटरजेट और दो एस100-एस4एलबी बूस्टर यूनिट होंगी, जो नई एस-4एल श्रृंखला की पहली वाणिज्यिक स्थापना को दर्शाती हैं।

प्रमुख सुधारों में डुअल बकेट और स्टीयरिंग नोजल सिस्टम शामिल हैं, जिन्हें कम गति पर संचालन और डॉकिंग दक्षता में सुधार करने, टर्नअराउंड समय और ईंधन खपत को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एस-4एल श्रृंखला का ओवरहाल के बीच का औसत समय (एमटीबीओ) 25,000 घंटे या पांच वर्ष है।