Slutten på olje som drivstoff – en omstilling i maritim industri

Med strengere krav til utslipp vil det bli omstilling i årene fremover, men hvordan vil denne foregå?

Av: Annik Magerholm Fet, viserektor NTNU i Ålesund, Øivind Kjerstad, professor innen maritim teknologi, NTNU og Håvard Vollset Lien, leder for forskning og innovasjon i VARD 

Det norske havvindskipet «Edda Breeze» er klargjort for å kunne operere utslippsfritt på hydrogen, som første skip av sitt slag. FOTO: Stian Lysberg Solum / NTB

Vi tror at høy kompetanse kombinert med innovativ bedriftskultur gjør det mulig for Norge å ta en ledende posisjon innen fremtidige energibærere.

I snart hundre år har diesel og tungolje vært drivstoffene for skip. Disse har vært totaldominerende i hele verdikjeden globalt og fungert svært godt for alt av fartøyer i alle tenkelige operasjonsscenarioer.

I fremtiden vil dette måtte tilpasses andre energibærere, og diesel og tungolje vil kanskje ikke være «one size fits all». Vi kan heller se for oss tilpassede løsninger med ulike drivstoff for ulike behov. Her ligger det mange muligheter.

Fagmiljøet ved NTNU samarbeider med næringene, og opplever at rederiene foreløpig er usikre på hvilke energibærere de skal satse på for å imøtekomme utslippskravene. Effektbehovet på en båt øker eksponensielt med farten, så i noen tilfeller kan en utslippsreduksjon realiseres ved å seile litt saktere.

For å kunne drive relevant forskning som bedriftene kan ta i bruk, må akademikerne være tett på behovet til næringene.

Det vil ha en stor effekt på utslipp isolert sett. Om det skal tas hensyn til logistikk, økonomi og flere faktorer enn seilingsfart, er det imidlertid neppe et alternativ for alle skip å bare gå saktere.

Slik vi ser utviklingen nå, vil de mest aktuelle drivstoffene i den overskuelige fremtid være hydrogen, metanol eller ammoniakk, sammen med LNG og diesel i en overgangsperiode.

Atomkraft har vært omtalt i mediebildet i senere år, men dette er mindre teknologisk modent og er foreløpig lite aktuelt i Norge på grunn av mangelen på etablert industri og verdikjede. Vi anerkjenner imidlertid at det er fordeler og ulemper med alle disse alternativene.

• Les også: Vi trenger en kystvakt under vann

Stor etterspørsel på alternative energikilder

NTNU skal være en viktig bidragsyter til utvikling av klimavennlig teknologi, til bærekraftig verdiskaping, omstilling og økt konkurransekraft. For å kunne drive relevant forskning som bedriftene kan ta i bruk, må akademikerne være tett på behovet til næringene.

Skipsteknologigruppen VARD leverer skip og teknologi til hele verden, og de opplever allerede alternative energibærere som svært etterspurt i Norge og internasjonalt. Det er fortsatt vanskelig for både leverandørene, operatørene og rederne å vite hvilken energibærer de skal gå for. For øyeblikket utvikler både Vard og forskningsmiljøene flere parallelle løp for å være forberedt på det som kommer.

Hydrogen

Hydrogen er interessant som energikilde fordi det har en mye høyere brennverdi enn olje. Det er mye energi i gassen, men ulempen er at gassen har så lav tetthet at det kreves enormt høyt trykk for å lagre nok hydrogen ombord i et skip til å få tilstrekkelig seilingsrekkevidde. I praksis blir det fort et kompromiss mellom rekkevidde og tankvolum.

Lekkasjer kan også være en utfordring, fordi gassmolekylene er så små at de kan passere gjennom selv de minste skader og urenheter i rørmaterialer og sammenføyninger. Ved forbrenning er hydrogen utslippsfritt, men det er energikrevende å produsere.

Det er fornuftig å anslå at ved produksjon av grønn hydrogen vil ¾ av energien gå til spille. Denne reduksjonen foregår fra energien kommer inn, til selve produksjonen av gassen, og til den kan tas i bruk på en propell eller et bilhjul.

Som et konkret eksempel; for å få 100 kilowattimer ut av en brenselscelle som går på hydrogen, må 400 kilowattimer puttes inn i produksjonen av gassen. På veien via hydrogen tilbake til elektrisitet igjen mistes hele 300 kilowattimer, hovedsakelig som varmetap.

Dette gjør at i en del skipsoperasjoner som ikke innebærer lange seilinger, vil det være bedre å bruke batterier. Da kan de 400 kilowattimene puttes inn på et batteri med rundt 10 prosent energitap.

Dette ser vi allerede på elektrifiseringen av pendelferjeflåten. Batterier er allerede en viktig komponent i flere skipstyper. Samtidig er det viktig å huske på at det er miljøutfordringer knyttet til produksjon og resirkulering av batterier.

• Les også: De lager hydrogen “i en smell” – og fanger CO₂ samtidig

Ammoniakk

Ammoniakk er en gass som er noe enklere å lagre ombord i skip. Ulempen er at den er dødelig giftig, så ved en eventuell lekkasje må et stort område sperres av, og båten evakueres.

Man kan tenke seg at dette blir utfordrende om bord i for eksempel cruiseskip med mange passasjerer. Ligger skipet i havn så må også et stort område i havnen sperres av. På grunn av dette er det flere store praktiske utfordringer knyttet til bunkring av ammoniakk.

Mange av disse utfordringene er også til stede for hydrogen og LNG. Ammoniakk er som hydrogen også energikrevende å produsere, og det innebærer omtrent samme energitap mellom produksjon og forbruk som for hydrogen.

Metanol og LNG

Hverken metanol eller LNG er utslippsfrie ved forbrenning. Hvor bærekraftige disse alternativene er avhenger i stor grad av hvordan de er produsert.

LNG er flytende naturgass som i praksis er metan. Dette er en klimagass som tilsvarer 23 ganger effekten av CO2-utslipp. Selv når LNG ikke er produsert fra fornybare kilder, er den å betrakte som et renere alternativ til diesel på alle parametere.

Mengden CO2-utslipp blir redusert med omtrent 25 prosent dersom en unngår metanslipp før inngangen i brennkammeret. Mengden nitrogenoksid, svovel og sotpartikler blir også kraftig redusert.

Det er muligheter og begrensninger med de ulike drivstoffene, og dette må prøves ut i prototyper og pilotstudier der vi lærer mer om fordeler og ulemper ved praktisk bruk.

Det er vanskelig å forutsi når vi vil se de nye energibærerne fullt innlemmet i verdikjedene. Foreløpig går utviklingen i rykk og napp, litt fordi det er mange alternativer uten en klar «one size fits all» erstatning for diesel og tungolje.

Det er muligheter og begrensninger med de ulike drivstoffene, og dette må prøves ut i prototyper og pilotstudier der vi lærer mer om fordeler og ulemper ved praktisk bruk. Når dette er gjort og vi finner løsninger som er kostnadseffektive og tilbyr tilstrekkelig infrastruktur for bunkring, vedlikehold og service, vil utviklingen skje fort.

Vi mener Norge har et konkurransefortrinn internasjonalt gjennom høy kompetanse på energisystemer for skip og nødvendig infrastruktur. Selv om det er mange ubesvarte spørsmål, har vi et utgangspunkt og en bedriftskultur i Norge som gjør oss i stand til å være i forkant på alternative energibærere, om vi er fremoverlente og griper mulighetene.