Italia-test: Wärstilä har testet og utviklet sin lavtrykks to-takter RT-flex50DF i Italia. Foto: Wärtsilä (Bilde: Wärtsilä)

LNG

LNG-produsentene dypt uenige om totaktsmotorer

LNG-motorer for skip: Lavtrykk vs. høytrykk

Totaktslavtrykks-«dual fuel»:

LNG omformes fra flytende form til gass med sju bars trykk før det pumpes inn i sylinderen. Antennes med en pilotinnsprøyting av diesel – derfor kalt «dual fuel».

Produsent: Wärtsilä.

Totaktshøytrykk-«dual fuel»:

Diesel sprøytes inn som pilot­injeksjon og antennes. Gassen­ som sprøytes inn på 300 bar antennes­ og brennes ved injeksjon­. Ca. 3–8 % pilot diesel.

Produsent: Man D&T.

Forskningssjef Per Magne Einang på Marintek har hisset på seg den finske motorprodusenten Wärtsiläs teknologidirektør Tomas Aminoff.

Uenighetene dreier seg om hvorvidt de langsomt­gående totakts LNG-motorene bør ha lavtrykks- eller høytrykksgassanlegg.

Fjernet svakhetene

Men en ting er både Tomas Aminoff og Einang enige om: LNG-motorer er langt bedre for miljøet enn tungolje- og dieselmotorer. Og begge jobber for å få flere skip, store og små, til å gå på gass.

Wärtsiläs direktør for teknologi og strategi i skipsmotordivisjonen, Tomas Aminoff, hevder overfor TU at deres motorer ikke har de samme svakheter nå som for en del år tilbake. I fjor høst lanserte Wärtsilä en totakts lavtrykksgassmotor for marin bruk.

– Vi produserer både høytrykks- og lavtrykksmotorer. Vi kjenner godt til innsigelsene mot saktegående, lavtrykks totaktsmotorer. Men de stemmer ikke helt med vår moderne RT-flex50DF, sier Aminoff.

Les også: Verdens første LNG-hybride kraftverkslekter tar form

Sikkerhet

Wärtsilä påpeker at valg av motortype er helt avhengig av skipets bruksområde, driftsprofil og sikkerhet.

Gass som har trykk på maks sju bar kan håndteres uten store sikkerhetstiltak, mens høytrykksanlegg på 300 bar forutsetter rør-i-rørsystem og sikkerhetssoner.

Tilhengere av høytrykksmotorer innvender at sikkerheten er fullt ut håndterbar. Energimengden i form av gass som føres til maskin­rommet er den samme, bare mindre rør­diameter og høyere trykk.

300 bar er beskjedent i forhold til «common rail»-system for tungolje med trykk over 1000 bar.

Les også: De bygger luksustrålere for fiske og turisme

Testing: MAN har testet og utviklet sin saktegående høytrykks gassmotor over flere år. MAN B&W

Fiasko og suksess

Per Magne Einang, som har forsket på gass­motorer ved Marintek siden begynnelsen av 80-tallet, hevder at lavtrykks «dual fuel»-­motorer har en utfordring med ukontrollert forbrenning (banking).

Det øker med større sylinder­diameter og lave turtall, som er realiteten for de store, langsomtgående totaktsmotoren for skipsframdrift.

I tillegg får de høye metanutslipp, noe som unngås helt med høytrykksmotorer.

På 70-tallet begynte sveitsiske Sulzer forsøk med en lavtrykks totaktsgassmotor. Det gikk ikke så bra. Sulzers’ dieselmotordivisjon ble for øvrig overtatt av Wärtsilä i 1997.

– Deres problemer med gassmotor på 70-­tallet ble starten på min karriere. Jeg begynte arbeidet med å forske på LNG-motorer på grunn av Sulzers fiasko, sier Einang.

Les også: Skipskraftverk kan spare Bergen for utslipp tilsvarende 50.000 biler

Termodynamikk: Forskningssjef Per Magne Einang ved Marintek har forsket på gassmotorer siden 80-tallet. De fysiske lover kommer man aldri unna, er hans mantra. Tore Stensvold

Drivstoffkvalitet

Problemet var da – som nå – at motoren bruker­ en forbrenningsprosess som ikke er egnet for store motorer som går på lave turtall.

Motorene­ får en begrensning i full effekt og i last­påslag, et problem som øker med dårligere gass­kvalitet (lavere metantall).

Skip i internasjonale operasjone­r vil få gass med ulik kvalitet. Variasjon­ på metantallet på LNG er mellom 70–90. For LNG-skip hvor gassen kommer fra avkoking på lastetankene, kan metantallet være over 90.

– Det betyr at skal motorene benyttes hvor LNG er bunkers, kan rederiet forvente et metan-tall ned mot 70, sier Einang.

Sylinderbanking og for tidlig tenning på grunn av sylindersmøreolje, er også et ankepunkt.

– Høytrykksmotorene har ingen av disse begrensnin­gene, påpeker Einang.

Les også: USA-rederier velger LNG-motorer

Diesel og gass: «Dual fuel»-prinsippet for gassmotor. Luft og gass suges inn. Kompresjon av gass-luftblandingen. Diesel sprøytes inn og antenner blandingen. Ca. to prosent diesel brukes under gassmodus. Kan skifte sømløst til ren diesel/MDO-drift. Det skjer automatisk ved 15 prosent last. Wärtsilä

Fysikk og termodynamikk

– Vi har gjort mange laboratorietester av ulike motortyper. Konseptet lavtrykks gass­motorer har fysiske begrensninger, det vil si rene termo­dynamiske egenskaper du ikke kommer utenom, sier Einang.

Aminoff bekrefter punkt for punkt noen av innvendingene, men hevder at utviklingen går framover.

1. Om høyere metanutslipp: – Det stemmer at det er litt høyere på lavtrykksmotorer enn fra høytrykk, sier Aminoff. (Høytrykksgassmotor har nær 0 i metanslip ettersom gassen antennes og brennes idet den sprøytes inn. Red.anm.). Målt mot diesel- og tungoljemotorer, er den totale utslippsfaktoren likevel lavere. CO2 er den største klimagassen, cirka 85 prosent og rundt 15 prosent fra metan (CH4).

2. Om metantall: – Lavtrykksmotroren kan tilpasses metantallet – avhengig av hva den normalt­ skal gå på. De fleste velger 80. For offshore­bruk, rett fra gassbrønn er den optimalisert for 70.

3. Om dårligere effektivitet på liten last: – De nyeste generasjonene er langt bedre. Vi har gjort mye på motoroptimalisering. Landbaserte motorer går på 100 prosent last, mens marine­motorer er optimalisert for variabel last.

4. Om smøreoljelekkasje og feiltenning: – Det var et problem med for tidlig tenning på grunn av lekkasje, men ikke nå lenger.

5. Om høytrykks- vs. lavtrykksmotorer: – Da vi startet utvikling av vår totakter, bygget vi på erfaringene­ med firetakteren. Da kunne vi holde på noen parametere og justere andre mens vi utviklet, sier Aminoff.

Les også: Undervannsfarkost fant «svært spennende» anomalier på havbunnen utenfor Trondheim

Oppgitt: Direktør for teknologi og strategi i skipsmotordivisjon, Tomas Aminoff, mener Wärtsilä har de beste fortsetninger for å uttale seg om de ulike motoralternativene. Wärtsilä leverer både høy- og lavtrykksmotorer til både landbaserte kraftverk og til framdrift for skip. Tore Stensvold

Kunder i kø

Allerede noen få uker etter lansering av lavtrykkstotakteren, fikk Wärtsilä sin første kontrakt med Tärntank.

– Det er flere som har ventet på denne motoren­. De vil ha LNG-motorens miljøprofil og samtidig totakterens fordeler ut fra sin driftsprofil, sier Aminoff.

Han tar tilbakemeldingene fra markedet som en bekreftelse på at de er på rett vei.

Les også: Dette skipet skal ødelegge Assads våpen

Tvil og tro

Einang er ikke like overbevist, og det er heller­ ikke Man Diesel og Turbo – som har utviklet en høytrykks totakter som nå er solgt til flere skipstyper under bygging, både gasstankere og containerskip.

– Min konklusjon er at for store skipsmotorer er fremtiden høytrykkskonseptet, sier Einang.

Aminoff: – Det handler alltid om kompromisser. Den perfekte motor finnes ikke, sier han og lover at DF50-motoren vil leve videre både i høy- og lavtrykksversjon.

– DF50 er i kontinuerlig utvikling. The DF50 story never ends, sier Aminoff.

Les også:

Norsk AUV kan være klar til oljeservice hvor som helst i verden i løpet av et døgn

Hva er det egentlig i smøreolje annet enn olje?

Batteri på skip sparer miljøet for 10 ganger så mye CO2 som batteri i biler