Hydrogen is a promising alternative fuel for the next generation of marine power. Technological innovation and collaboration across stakeholders are ensuring that the industry's existing and future infrastructure is capable of supporting the clean energy transition safely and effectively.

The maritime world has long been defined by big engines, big fuel tanks and the constant combustion that keeps ships and cargo moving across the watery parts of the world. But as the shipping industry faces mounting pressure to cut greenhouse gases, the traditional conversion of heavy fuel into propulsion energy no longer satisfies regulators, investors or the general public. Hydrogen-as-fuel offers a viable solution. Once considered the "fuel of the future," hydrogen is already a fuel of the present.

It promises the kind of decarbonization that maritime operators have long sought. Replacing noxious gases and dangerous particulates, the results of hydrogen "combustion" are little more than water vapor droplets.

The core concept is delightfully simple: Take the most abundant element in the universe and turn it into clean power. The reality, of course, is much more complicated, involving intricate storage systems, high-pressure transport methods and the build-out of a new global fueling infrastructure.

Despite the hurdles, momentum is undeniable. Several projects are proving hydrogen is no longer a futuristic concept but a viable option today. Three standouts illustrate the technology's reach: Zero Emission Industries' Sea Change in the U.S.; Ballard and Norled's MF Hydra in Norway, and Kawasaki Heavy Industries' Suiso Frontier in Japan. Together, they illustrate both the glittering promise and the practical challenges of scaling hydrogen-as-fuel.

ZEI'S SEA CHANGE

On San Francisco Bay, passengers have been able to experience hydrogen-powered shipping firsthand aboard the ferry Sea Change.

Developed with a hydrogen power system supplied by Zero Emission Industries (ZEI) and delivered in 2024, the aptly named Sea Change is the first commercial fuel-cell ferry operating in the U.S. To the casual commuter, the ferry appears to be another typically sleek passenger transport, but beneath its decks lies a propulsion system unlike any other plying U.S. waters.

Founded in 2018 as Golden Gate Zero Emission Marine, ZEI carries the express objective of proving that hydrogen is a viable fuel source for commercial vessels. Its collaboration with shipbuilder All American Marine and several public partners resulted in Sea Change, which can carry 75 passengers across San Francisco Bay leaving nothing but water vapor and the city skyline in its wake.

The company describes the vessel as "a first-of-its-kind hydrogen fuel-cell vessel designed for zero emissions and everyday practicality," a phrase that captures the project's impact and ingenuity.

Sea Change was never a science experiment or a prototype: It's a viable maritime asset, commercially licensed to carry paying passengers. It's required to operate with the same safety and reliability as a ferry powered by any other means.

For ZEI, that was the point. By embedding hydrogen directly into regular commercial service, it demonstrated that the technology is not confined to futuristic renderings or test benches. It can work here and now, on routes that matter to everyday commuters.

BALLARD & NORLED'S MF HYDRA

While ZEI's ferry is proof-of-concept on a local level, Norway's MF Hydra shows what hydrogen can do on a regional scale.

Launched by ferry operator Norled in 2021 and powered by Ballard Power System's proven fuel-cell technology, the Hydra holds the distinction of being the world's first liquid hydrogen-powered ferry. Capable of carrying up to 295 passengers and 80 cars across the Norwegian fjords, the vessel is a glimpse of what medium-scale hydrogen transport looks like in practice.

Ballard has long promoted maritime as a natural application for its technology, pointing out that ferries run predictable routes with known energy requirements, making them ideal candidates for early hydrogen adoption. The company is proud that as the "world's first liquid-powered hydrogen ship," MF Hydra has taken a critical step in revolutionizing the maritime industry, adding to its historically land-based transportation successes.

The word "revolutionizing" may sound bold, but the achievement is significant.

By using liquid hydrogen, Hydra addresses one of the thorniest challenges in the field: How to store enough energy onboard to support multi-hour voyages without sacrificing too much space to fuel tanks.

Hydrogen's energy density by volume is far lower than that of diesel, but cooling it to –253°C condenses it into a manageable form. The challenges include complex infrastructure and on-board equipment and rigid operational discipline, but it unlocks a path toward real-world service and further validates the fuel's commercial viability.

The impact is quantifiable. Norled estimates that Hydra reduces emissions by up to 95 percent compared to conventional ferries on the same route. In a country like Norway where ferries are lifelines across challenging geography, scaling the hydrogen-as-fuel approach could make an outsized contribution to national decarbonization targets.

KAWASAKI'S SUISO FRONTIER

While ferries in San Francisco and Norway focus on using hydrogen directly as fuel, Kawasaki Heavy Industries has been busy proving that hydrogen can also be transported across oceans in bulk. Its Suiso Frontier – literally translating to "Hydrogen Frontier" – serves as the world's first purpose-built liquid hydrogen carrier.

The vessel, launched in 2019, completed its maiden voyage in 2022, carrying liquid hydrogen from Australia to Japan.

The feat required engineering of extraordinary precision. Borrowing some lessons from LNG transport, the ship's massive double-insulated tank keeps hydrogen chilled to cryogenic temperatures, preventing boil-off during long transits. Although the cargo volume is modest by LNG standards, the demonstration marked a critical step toward establishing international hydrogen supply chains.

If hydrogen is to become a mainstream maritime fuel, it must be available not only in select domestic markets but also at global ports. The Suiso Frontier suggests a way forward, showing that ocean-spanning transport is technically feasible, even if not yet economically optimized.

PRACTICAL MAGIC

Hydrogen may still inspire futuristic imagery, but the tone among industry leaders is cautiously optimistic.

Within the last three years, the development of hydrogen-as-fuel has been incredible. Everything is converging on a hydrogen future, and the industry is ready. The sense of acceleration – of moving from ideas to hardware – explains why hydrogen is no longer confined to conceptual designs.

Still, the road ahead is not without its challenges.

Hydrogen remains expensive relative to fossil fuels, particularly when produced from renewable energy sources like "green hydrogen." Storage, especially in liquid form, demands advanced infrastructure and careful handling. And the global port network will need significant investment to install fueling and bunkering systems before hydrogen can scale across international trade lanes.

None of these are trivial hurdles, but they differ very little from previous industry transitions –sail to steam and steam to diesel. Each seemed daunting in its time, yet each ultimately reshaped the industry, which sees hydrogen's obstacles less as barriers and more as solvable engineering challenges.

THE HYDROGEN GENERATION

Hydrogen is likely not the sole solution to maritime decarbonization, but it occupies a critical and practical place at the center of the discussion. It's the element that once launched rockets and powered spacecraft, now being called upon as a cleaner solution for the vessels that crisscross our oceans daily.

Vessels like Sea Change, MF Hydra, and Suiso Frontier point toward a future where hydrogen is not just promising but practical. They span local, regional and global applications, underscoring both hydrogen's versatility and the collaboration required to make it work.

The industry is no longer asking if hydrogen can work, but how quickly it can scale.

CHAD FUHRMANN is a Senior Consultant at Core Group Resources in Houston.

Vietnamese Version

Hydro là một nguồn nhiên liệu thay thế đầy hứa hẹn cho thế hệ động lực hàng hải tiếp theo. Sự đổi mới công nghệ và hợp tác giữa các bên liên quan đang bảo đảm rằng cơ sở hạ tầng hiện có và tương lai của ngành có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng sạch một cách an toàn và hiệu quả.

Thế giới hàng hải từ lâu đã gắn liền với những động cơ lớn, các bồn nhiên liệu khổng lồ và sự đốt cháy liên tục giúp tàu thuyền và hàng hóa di chuyển trên những vùng biển rộng. Nhưng khi ngành vận tải biển đối mặt với áp lực ngày càng tăng trong việc giảm khí nhà kính, việc đốt nhiên liệu nặng để tạo ra năng lượng đẩy không còn đáp ứng được kỳ vọng của cơ quan quản lý, nhà đầu tư hay công chúng. Hydro như một loại nhiên liệu mang đến lời giải khả thi. Từng được xem là “nhiên liệu của tương lai,” hydro giờ đã trở thành nhiên liệu của hiện tại.

Nó hứa hẹn khả năng khử carbon mà các nhà khai thác hàng hải luôn tìm kiếm. Thay cho các loại khí độc hại và hạt bụi nguy hiểm, sản phẩm của sự “cháy” hydro chỉ đơn giản là các giọt hơi nước.

Ý tưởng cốt lõi thật sự đơn giản: Lấy nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ và biến nó thành năng lượng sạch. Dù vậy, thực tế lại phức tạp hơn nhiều, liên quan đến các hệ thống lưu trữ tinh vi, phương pháp vận chuyển áp suất cao và việc xây dựng một hệ thống tiếp nhiên liệu toàn cầu hoàn toàn mới.

Bất chấp những trở ngại, đà phát triển là không thể phủ nhận. Nhiều dự án cho thấy hydro không còn là khái niệm của tương lai mà là lựa chọn khả thi ngay hôm nay. Ba ví dụ tiêu biểu thể hiện phạm vi công nghệ này: Sea Change của Zero Emission Industries (ZEI) tại Mỹ; MF Hydra của Ballard và Norled tại Na Uy; và Suiso Frontier của Kawasaki Heavy Industries tại Nhật Bản. Cùng nhau, chúng vừa cho thấy triển vọng lấp lánh vừa phản ánh những thách thức thực tế trong việc đưa hydro trở thành nhiên liệu quy mô lớn.

SEA CHANGE CỦA ZEI

Tại Vịnh San Francisco, hành khách có thể trải nghiệm trực tiếp việc vận tải bằng hydro trên chiếc phà Sea Change.

Được phát triển với hệ thống năng lượng hydro do Zero Emission Industries (ZEI) cung cấp và đưa vào hoạt động năm 2024, Sea Change là phà chạy bằng pin nhiên liệu hydro thương mại đầu tiên tại Mỹ. Với vẻ ngoài giống những chiếc phà hành khách hiện đại khác, nhưng bên dưới boong tàu là một hệ thống đẩy hoàn toàn khác biệt so với bất kỳ con tàu nào đang hoạt động tại Hoa Kỳ.

Thành lập năm 2018 với tên Golden Gate Zero Emission Marine, ZEI đặt mục tiêu chứng minh rằng hydro là nguồn nhiên liệu khả thi cho tàu thương mại. Sự hợp tác với nhà đóng tàu All American Marine và các đối tác công đã tạo nên Sea Change – có thể chở 75 hành khách trên Vịnh San Francisco mà không thải ra gì ngoài hơi nước và đường chân trời thành phố.

ZEI mô tả con tàu là “tàu chạy bằng pin nhiên liệu hydro đầu tiên được thiết kế cho mục tiêu không phát thải và tính thực tiễn hàng ngày” – một cụm từ thể hiện đầy đủ tác động và sự sáng tạo của dự án.

Sea Change không phải là thí nghiệm hay nguyên mẫu: Nó là một tài sản thương mại thực sự, được cấp phép để chở khách trả tiền. Nó buộc phải vận hành an toàn và tin cậy như bất kỳ chiếc phà nào chạy bằng nhiên liệu truyền thống.

Đó chính là mục đích của ZEI. Bằng việc đưa hydro vào vận tải thương mại thường xuyên, họ chứng minh rằng công nghệ này không chỉ là bản vẽ tương lai hay thử nghiệm trong phòng lab. Nó có thể hoạt động ngay bây giờ, trên những tuyến đường phục vụ cuộc sống hàng ngày.

MF HYDRA CỦA BALLARD & NORLED

Nếu Sea Change chứng minh khả năng ở cấp độ địa phương, MF Hydra của Na Uy cho thấy hydro có thể làm được gì ở quy mô khu vực.

Được vận hành bởi Norled năm 2021 và sử dụng công nghệ pin nhiên liệu của Ballard Power Systems, Hydra là phà đầu tiên trên thế giới chạy bằng hydro hóa lỏng. Với khả năng chở 295 hành khách và 80 ô tô qua các vịnh hẹp Na Uy, con tàu là minh chứng thực tế về vận tải hydro trung bình.

Ballard từ lâu đã xem hàng hải là ứng dụng lý tưởng, bởi các tuyến phà có lộ trình cố định và nhu cầu năng lượng dự đoán được – giúp việc đưa hydro vào hoạt động dễ dàng hơn. Họ tự hào rằng với tư cách “con tàu đầu tiên chạy bằng hydro hóa lỏng trên thế giới,” Hydra đã góp phần cách mạng hóa ngành hàng hải, mở rộng từ thành công trên lĩnh vực giao thông đường bộ.

Từ “cách mạng hóa” có thể nghe hơi mạnh, nhưng thành tựu này rất đáng kể.

Việc sử dụng hydro hóa lỏng giải quyết một trong những thách thức lớn nhất: Làm sao lưu trữ đủ năng lượng cho hành trình kéo dài nhiều giờ mà không chiếm quá nhiều không gian.

Mật độ năng lượng theo thể tích của hydro thấp hơn nhiều so với diesel, nhưng khi được làm lạnh tới –253°C, hydro trở nên đặc lại và có thể chứa trong các bồn hợp lý. Điều này yêu cầu hạ tầng phức tạp và vận hành chuẩn xác, nhưng mở ra đường cho vận tải thực tế, chứng minh tính thương mại hóa của nhiên liệu.

Tác động là rõ ràng. Norled ước tính Hydra giảm tới 95% lượng phát thải so với phà truyền thống trên cùng tuyến đường. Tại Na Uy – nơi phà là tuyến giao thông thiết yếu trong địa hình phức tạp – mở rộng mô hình này có thể đóng góp lớn vào mục tiêu giảm phát thải quốc gia.

SUISO FRONTIER CỦA KAWASAKI

Trong khi phà tại San Francisco và Na Uy tập trung sử dụng hydro trực tiếp làm nhiên liệu, Kawasaki Heavy Industries đã chứng minh hydro có thể được vận chuyển qua đại dương với số lượng lớn. Suiso Frontier – nghĩa là “Biên giới Hydro” – là tàu chuyên chở hydro hóa lỏng đầu tiên trên thế giới.

Hạ thủy năm 2019, con tàu hoàn thành chuyến hải trình đầu tiên năm 2022, vận chuyển hydro hóa lỏng từ Úc đến Nhật Bản.

Thành tựu này đòi hỏi trình độ kỹ thuật cực kỳ chính xác. Học hỏi kinh nghiệm từ tàu LNG, thùng chứa hai lớp khổng lồ của con tàu giữ hydro ở mức nhiệt độ siêu lạnh, ngăn hiện tượng bay hơi trong suốt hành trình dài. Dù khối lượng hàng còn khiêm tốn so với LNG, chuyến đi này đánh dấu bước quan trọng trong việc thiết lập chuỗi cung ứng hydro quốc tế.

Nếu hydro trở thành nhiên liệu hàng hải chủ đạo, nó phải có mặt tại các cảng toàn cầu chứ không chỉ ở vài thị trường nội địa. Suiso Frontier cho thấy vận chuyển xuyên đại dương là khả thi về mặt kỹ thuật – dù chưa tối ưu về mặt kinh tế.

SỰ “THẦN KỲ” THỰC TẾ

Hydro vẫn gợi lên hình ảnh viễn tưởng, nhưng các lãnh đạo ngành đang có cái nhìn lạc quan thận trọng.

Trong ba năm trở lại đây, sự phát triển của hydro làm nhiên liệu thật sự ấn tượng. Mọi yếu tố đang hội tụ hướng đến một tương lai hydrogen, và ngành công nghiệp đã sẵn sàng. Sự tăng tốc – từ ý tưởng đến thiết bị thực tế – giải thích vì sao hydro không còn chỉ xuất hiện trong các bản vẽ.

Tuy vậy, hành trình phía trước vẫn còn nhiều thách thức.

Hydro vẫn đắt hơn nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt khi sản xuất từ năng lượng tái tạo dưới dạng “hydro xanh.” Lưu trữ, nhất là dạng hóa lỏng, đòi hỏi hạ tầng tiên tiến và vận hành cẩn trọng. Và mạng lưới cảng toàn cầu sẽ cần khoản đầu tư lớn để triển khai hệ thống nạp nhiên liệu trước khi hydro có thể mở rộng trên các tuyến thương mại quốc tế.

Những thách thức này không phải nhỏ, nhưng cũng không khác nhiều so với những lần chuyển đổi lịch sử – từ buồm sang hơi nước, hay từ hơi nước sang diesel. Mỗi giai đoạn đều từng đáng sợ, nhưng cuối cùng đều định hình lại ngành công nghiệp. Ngành hàng hải xem những khó khăn của hydro không phải rào cản mà là bài toán kỹ thuật có thể giải.

THẾ HỆ HYDROGEN

Hydro có thể không phải là giải pháp duy nhất cho mục tiêu khử carbon trong hàng hải, nhưng nó giữ vị trí trung tâm và thực tế trong cuộc thảo luận. Từ nguyên tố từng được dùng để phóng tàu vũ trụ, giờ đây hydro được kỳ vọng trở thành giải pháp sạch cho các con tàu băng qua đại dương mỗi ngày.

Các tàu như Sea Change, MF Hydra và Suiso Frontier cho thấy tương lai nơi hydro không chỉ mang tính hứa hẹn mà còn mang tính thực tiễn. Chúng đại diện cho ứng dụng địa phương, khu vực và toàn cầu – cho thấy tính đa dạng và sự hợp tác cần thiết để hydro phát huy hiệu quả.

Ngành hàng hải không còn hỏi liệu hydro có hoạt động được hay không, mà là hydro có thể mở rộng nhanh đến mức nào.