Hydrogen vượt ra ngoài mật độ năng lượng: Thực tế không gian bồn chứa trên tàu biển

Ngày 16/2/2026

Juan Maria Carvajal Ramos
Kiến trúc sư hải quân cao cấp/Kỹ sư năng lượng tái tạo biển
Đại học Bách khoa Madrid

Trong các cuộc thảo luận về nhiên liệu tương lai cho ngành hàng hải, hydrogen thường được đánh giá dựa trên mật độ năng lượng – MJ/kg hoặc MJ/m³. Tuy nhiên, với các kiến trúc sư tàu biển, đó mới chỉ là điểm khởi đầu.

Đánh giá nhiên liệu trong thực tế thiết kế không dừng lại ở chỉ số năng lượng. Điều quan trọng hơn là thể tích hệ thống tổng thể, tác động kết cấu và mức độ tích hợp với khung pháp lý an toàn. Chính tại đây, bài toán hydrogen thay đổi hoàn toàn.

Biến số then chốt: Gross Tank Size Factor (GTSF)

Theo hướng dẫn nhiên liệu thay thế của DNV, các báo cáo hydrogen của IEA cùng nhiều nghiên cứu từ các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM), khi tính đến toàn bộ hệ thống, hydrogen đòi hỏi thể tích lưu trữ trên tàu lớn hơn nhiều so với dầu nhiên liệu nặng (HFO).

Các yếu tố cần tính đến bao gồm:

• Hệ thống cách nhiệt siêu lạnh và kiểm soát bay hơi đối với hydrogen lỏng (LH₂)

• Độ dày thành bình chịu áp và giới hạn hình học đối với hydrogen nén (CH₂)

• Phân vùng nguy hiểm và khoảng cách an toàn theo khung IGF

• Thể tích không sử dụng và kết cấu đỡ

• Hệ thống tách hydrogen đối với LOHC

Khi tất cả các yếu tố này được đưa vào mô hình, hydrogen yêu cầu bội số thể tích so với HFO ở cấp độ hệ thống, không chỉ riêng bồn chứa.

Thực tế ở cấp độ thiết kế ý tưởng

Ở giai đoạn concept, khi tích hợp đầy đủ các yếu tố kỹ thuật và an toàn:

• HFO vẫn là mốc tham chiếu 1x.

• LH₂ cần thể tích lớn hơn nhiều lần, phụ thuộc vào cấu hình cách nhiệt, bố trí và phân vùng an toàn.

• CH₂ còn bất lợi hơn do thành bình dày và hiệu suất hình học thấp.

• LOHC tránh được điều kiện siêu lạnh, nhưng tổng thể tích vẫn cao vì phải lắp đặt cả chất mang và hệ thống xử lý.

Kết quả cuối cùng phụ thuộc vào cách xác định ranh giới tính toán: chỉ tính bồn hay toàn bộ vùng nguy hiểm và hệ thống phụ trợ.

Hàm ý chiến lược

Hydrogen có thể phù hợp trong các trường hợp:

• Tầm hoạt động hạn chế

• Chấp nhận giảm tải trọng hữu ích

• Quy mô tàu đủ lớn để hấp thụ gia tăng thể tích

Ngược lại, hydrogen gặp thách thức khi:

• Yêu cầu hành trình dài

• Hiệu quả tải trọng tịnh là yếu tố then chốt

• Hình học retrofit hạn chế khả năng bố trí

Việc tính đúng không gian bồn chứa thực tế không mở rộng, mà thu hẹp các ứng dụng khả thi.

Nhận định cốt lõi

Hydrogen trong hàng hải không phải trước hết là vấn đề hóa học.

Đó là bài toán ràng buộc kiến trúc tàu, được định hình bởi:

• Thể tích

• Phân vùng an toàn

• Tích hợp kết cấu

• Triết lý an toàn

Mật độ năng lượng nếu không tính đến GTSF là một bức tranh chưa hoàn chỉnh.

Khác biệt quyết định

Nếu hydrogen muốn mở rộng quy mô ngoài khơi, bước đột phá sẽ không nằm ở phân tử.

Nó sẽ nằm ở khả năng tích hợp kiến trúc trong giới hạn quy định.

Đó là một bài toán thiết kế – không phải một khẩu hiệu.