GASSBÅT: Tidekongen, en av fergene som kjører mellom Oslo og Nesodden, går på gass. (Bilde: Tide)

Til kamp mot enorme utslipp på sjøen

Jakter på bedre virkningsgrad

Jo høyere virkningsgrad en motor har jo lavere blir drivstofforbruket, og jo mindre blir utslippene av klimagasser.

I fremtiden vil skipsmotorer som går på naturgass kunne kjøre med ventilertider som kan reguleres fritt og dermed kjøres uten struping. MARINTEK har slike løsninger i laboratoriet i Trondheim . En annen måte å øke virkningsgraden på er å gjenvinne varmeenergi fra avgassen. En kombinert syklus, slik man har i varmekartverk med et dampbasert andretrinn, vil kunne øke virkningsgraden til en slik skipsmotor til hele 55 prosent.

Det er enorm forskjell på hvilke miljøkrav vi setter til ulike transportløsninger.

I lastebiler, busser og andre kjøretøyer strammes kravene til med regelmessige mellomrom og teknologene jobber på spreng mot strammere utslippskrav.

Slik har det ikke vært på sjøen.

Her har det ikke vært noen krav til utslipp før den internasjonale maritime organisasjonen, IMO, i 2000 satte krav til svovelinnholdet i bunkersoljen skipene benyttet.

De satte kravet til maksimalt 4,5 prosent svovelinnhold. Så høyt at alle i praksis slapp gjennom. I gjennomsnitt er svovelinnholdet i bunkersolje 2,6 prosent.

Bunkersolje

Bunkersolje er en svært tung restfraksjon som kommer ut langt nede på temperaturskalaen under destillasjon i et oljeraffineri. Oljetypen har høyere viskositet enn råoljen den lages av og svært høyt innhold av svovel og andre forurensinger.

Til gjengjeld er den billig og foretrekkes derfor som skipsdrivstoff. Hvis bunkersolje skal renses blir oljen svært mye dyrere.

Strengere krav

I Nordsjøen og Østersjøen er det innført strengere krav med maksimalt 1,5 prosent innhold av svovel i drivstoffet.

IMO har besluttet og gjennomføre det samme kravet over hele verden i 2020. Men både i USA og i Europa blir det mye strengere.

I europeiske havner ble det allerede i 2010 gjennomført krav om 0,1 prosent svovelinnhold i drivstoffet. Det samme kravet vil gjelde på øst- og vestkysten av USA fra 2015.

MISFORHOLD: Mens den veibaserte transporten innen EU utsettes for knallharde krav til svovelutslipp, har utslippene økt innen skipstrafikken.
MISFORHOLD: Mens den veibaserte transporten innen EU utsettes for knallharde krav til svovelutslipp, har utslippene økt innen skipstrafikken.

Teknologiunntak

De nye reglene i Europa og USA åpner for å bruke teknologi til å redusere utslippet i stedet for å måtte kjøpe mye dyrere drivstoff.

Hvis man kan dokumentere at utslippet ikke blir høyere enn om skipet brukte olje med 0,1 prosent svovel kan man bruke dårligere drivstoff i kombinasjon med renseteknologi.

En slik løsning er scrubbing, eller vasking, av eksosen. Slik eksosrensing koster penger i innkjøp og drift, men kan likevel være lønnsomt på grunn av lavere drivstoffpris.

X

NO -bomber

Urensede skipsmotorer slipper ut veldig mye nitrøse gasser.

Jo mer saktegående de er jo høyere virkningsgrad har de, men jo mer tid får også oksygen og nitrogen til å reagere med hverandre under høy temperatur. Det gir høy produksjon av NO x.

Men også her skjer det mye på reguleringssiden. Fra 2016 er det generelle kravet en reduksjon på 20 prosent NO x. Men i de spesielle områdene som krever drastiske reduksjon av svovel er kravet at NO x-utslippene skal ned med 80 prosent. Dessuten skal partikkelutslippene også reduseres kraftig.

Spørsmålet nå er hvordan skipsfarten skal løse utfordringene de står overfor. Skal man rense avgassene, eller skal man bytte drivstoff?

Rense

Det er utslippene av NO x, svovel og partikler som er problemet for skipene og som må reduseres. Skal man begrense NO x kan der gjøres med katalyse, akkurat som i kjøretøyer, men i mye større skala.

Fjerning av nitrøse gasser med såkalt SRC-teknologi – Selective Catalytic Reductrion fungerer greit, men fordi avgassen inneholder mye svovel er levetiden på de kostbare katalysatorene kort.

Svovelet i avgassen kan fjernes med scrubbing – utvasking. Da skulle man tro at hvis man scrubbet først var problemet løst. Problemet er at scrubbingen med vann reduser temperaturen i avgassen og da virker ikke katalysatoren som skal fjerne de nitrøse gassene.

Bruke naturgass

I den helt andre enden av hydrokarbonspekteret finner vi drivstoffet som kan løse alle utslippsproblemene; naturgass. Ikke bare elimineres utslipp av svovel og partikler, CO 2-utslippene går ned med 26 prosent og utslippene av nitrøse gasser reduseres med mellom 80 og 90 prosent.

Det er ikke noe i veien for å redusere NO x-utslippene videre, men det krever lavere forbrenningstemperatur i motoren og det går ut over virkningsgraden i motoren.

Når naturgass benyttes til å drive skipsmotorer kjørers de med et stort luftoverskudd for å redusere motorbank og termisk belastning. Da får man lavt NO x-utslipp som bonus. Stor ekspansjonsgrad og over 11:1 i kompresjon gir en virkningsgrad på opptil 50 prosent. Slike motorer slipper også det tapet som dieselpumpen medfører fordi gassen injiseres under lavt trykk (4 - 5 bar).

En annen fordel med gassmotorer er at de bråker og vibrerer mindre enn dieselmotorer.

MF Glutra var verdens første gassdrevne ferge og har operert Fjord1 og Møre og Romsdal Fylkesbåtar siden år 2000. I dag finnes det 26 skip med gassdrift og 30 til er under bygging.

Gass kan bli billigst

Selv om bunkersolje er billig, er alle drivstoff som lages av råolje under prispress.

Med naturgass er det annerledes. Her har ikke prisene fulgt oljeprisen oppover, spesielt fordi man har fått stor produksjon av skifergass i USA og mange andre land.

I dag er gass billigere enn olje i forhold til energiinnhold, og den utviklingen kan fortsette. Ikke minst fordi moderne raffinerier har bedre cracking enn før.

Derfor produserer de mindre billig bunkersolje og mer verdifullt drivstoff som diesel og bensin. Typisk produseres i dag en del bunkers for to deler diesel, men det forholdet jobbes det for å forbedre.

Det store spørsmålet som skipsrederne må ta stilling til er hvordan nye krav til utslipp blir i fremtiden og hvordan tilgjengeligheten av bunkersolje og LNG vil utvikle seg.

Les også:

Derfor bør du sjekke værmeldingen for verdensrommet

Se Bellonas gigaprosjekt i ørkenen

«Er det egentlig statssekretær Heidi Sørensen som er miljøvernminister?»

Solheim vil ha dyrere strøm

Tre typer gassmotorer :

Skip som skal drives med naturgass har tre motorvarianter å velge mellom.

1. Mager gassmotor

Det ene er en ren gassmotor som bruker tennplugg til å starte forbrenningen.

Slike motorer bruker en mager brennstoffblanding.

De har omtrent den samme motorblokken som dieselmotorer, men med litt større sylindervolum for å få den samme ytelsen.

På høy belastning vil en slik motor ha litt høyere virkningsgrad enn en dieselmotor.

2. Lavtrykks Dual Fuel gassmotor

Et annet motorkonsept er «dual fuel» med lavtrykksinjeksjon av gass (4-5bar).

Her brukes dieselolje til å tenne gassblandingen, men slike motorer kan gå på bunkersolje også.

Ulempen er at motortypen har litt dårligere virkningsgrad på lav belastning enn en mager gassmotor.

Motortypen kan likevel ha en viktig rolle som et overgangskonsept mot rene gassmotorer.

3. Høytrykks Dual Fuel gassmotor

Naturgass kan være veldig godt egnet i store totaktsmotorer i størrelsen 5 til 80 MW.

I dag bruker de bunkersolje og går som dieselmotorer med kompresjonstenning. I stedet for olje injiseres naturgass med 300 til 350 bars trykk direkte i sylinderen.

Slike motorer kan ha to injektorsystemer og bytte mellom gass og bunkers med et knappetrykk.

Det er lett å bygge om eldre motorer til å inkludere gassdrift.





TRE MOTORER: Øverst: Mager gassmotor, i midten: lavtrykks dual fuel gassmotor, nederst: høytrykks dual fuel gassmotor.
TRE MOTORER: Øverst: Mager gassmotor, i midten: lavtrykks dual fuel gassmotor, nederst: høytrykks dual fuel gassmotor. ve

Kilde: Forskningssjef Per Magne Einang, Sintef Marintek

Les også:

Denne får strømmåleren til å gå baklengs

Lederen for FNs klimapanel trues på livet

Solstormer kan mørklegge hele Norden