Klimastiftelsen – ammoniakk

Rapport: Ammoniakk løser skipsfartens utslippsproblem

Ammoniakk produsert med fornybar energi er raskeste vei til å avkarbonisere den havgående flåten.

Viking Energy kan bli verdens første skip som bruker ammoniakk og brenselceller for nullutslipps drift.
Viking Energy kan bli verdens første skip som bruker ammoniakk og brenselceller for nullutslipps drift. (Foto: Tore Stensvold)

Ammoniakk produsert med fornybar energi er raskeste vei til å avkarbonisere den havgående flåten.

Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 235,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

En ny rapport fra Klimastiftelsen peker ut NH3 (ammoniakk) som løsningen på skipsfartens klimaproblem.

Norge har god tilgang på vannkraft og fornybar energi til framstilling av ammoniakk som et karbonfritt drivstoff. 

Fordelen med ammoniakk er at den kan brukes både i brenselceller og i forbrenningsmotorer, heter det i rapporten.

Mer forskning

Riktignok gjenstår det mer forskning og utvikling før brenselcelleteknologi og forbrenninsgmotorer kan bruke ammoniakk direkte. 

Både MAN Energy Solutions og Wärtsilä jobber med tilpassing av gassmotorer til å benytte ammoniakk. Begge fabrikanten mener de vil ha motoralternativer klar i løpet av to-tre år. 

Ammoniakk blir sett på som et av de mest aktuelle drivstoff for «deep sea shipping». Batterier er uaktuelt og energitettheten til hydrogen for lav i forhold til volum.

25 prosent i 2050

DNV GL anslår at ammoniakk kan stå for 25 prosent av drivstoffet til sjøs i 2050.

FNs sjøfartsorganisasjon IMO har som ambisjon å kutte utslipp fra rundt 60.000-70.000 skip med 40 prosent innen 2030 og 50 prosent innen 2050, målt i forhold til 2008. Da må det skje mye på teknologi- og drivstoffsiden. Shipping står for cirka 2,5-3 prosent av verdens klimagassutslipp.

Fra 1970 til 2018 har internasjonal varetransport til sjøs økt fra 2,6 til 11 milliarder tonn. Over 80 prosent av all varetransport skjer på skip. Veksten i sjøtransport var før Covid 19-pandemien ventet å være på 20 prosent mot 2050.

Før koronakrisen lå verdens oljeforbruk på nærmere 100 millioner fat per dag og cirka 5 prosent av dette brukes som drivstoff i den internasjonale skipsfarten.

Utslippene fra den internasjonale skipsfarten er på 800–900 millioner tonn CO2 årlig.  Dette er mer enn 20 ganger Norges totale CO2-utslipp, og 2–3 prosent av de globale utslippene.

Les også

Fire faktorer

Til tross for at det foreløpig ikke er et eneste skip i verden som går på ammoniakk, konkluderer Klimastiftelsen med at ammoniakk kan være det beste alternativet for den internasjonale skipsflåten. I rapporten vises det til en lang rekke andre rapporter fra ulike miljøer som kommer fram til samme konklusjon, blant dem både DNV GL, Lloyd’s Register og flere insitusjoner .

Ammoniakk:

  • Kjemisk formel: NH3
  • Giftig gass. Blir flytende ved kjøling under -33 grader Celsius.
  • Kan gi utslippsfri transport dersom gassen er framstilt med fornybar energi.
  • Energibærer som kan brukes i brenselcelle for å produsere strøm, eller brennes i motor
  • Grønn ammoniakk: Framstilt med strøm fra fornybare kilder
  • Blå: Reformert fra naturgass, med CO2-fangst
  • Grå: Reformering uten CO2-fangst
  • Ammoniakk inneholder 18 vektprosent hydrogen (H2). Det trengs 50-55 kWh strøm for å produsere 1 kg hydrogen og 10-12 kWh strøm for å produsere 1 kg ammoniakk.
  • Årlig ammoniakkproduksjon i verden (95-98% reformering fra naturgass, dvs «grå») er 180 millioner tonn. Det er nok til å erstatte 20-30 prosent av energibehovet til verdens skipsflåte.
  • Norsk klimastiftelse er en grønn tankesmie. Målet er å spre kunnskap og klima­endringer og peke på mulige løsninger.

Summen av fire faktorer gjør ammoniakk til det potensielt beste alternativet

  • Kan produseres karbonfritt
  • Kan enkelt lagres og transporteres
  • Har høyere energitetthet enn andre karbonfrie alternativer
  • Billigere strøm – billigere karbonfri ammoniakk

Forutsetningen er riktignok at ammoniakk framstilles uten utslipp av CO2. Der kommer norsk overskuddskraft fra vann- og vindkraftverk.

Ved elektrolyse kan Norge lage store mengder «grønn» ammoniakk. I tillegg kan ammoniakk framstilles ved reformering fra naturgass med CO2-fangst, såkalt «blå» NH3.

Urealistisk for alle

Ammoniakk kan ikke erstatte alt annet av drivstoff. Det kreves store mengder energi til framstillingen.

Dersom hele den internasjonale skipsflåten skal gå på ammoniakk, vil det være behov for 600-900 millioner tonn ammoniakk. Det ville krevd et sted mellom 6.000 og 11.000 TWh strøm om den skal produseres grønn.

Årlig ammoniakkproduksjon i verden er 180 millioner tonn. Det er nok til å erstatte rundt 20-30 prosent av det fossile drivstoffet i internasjonal skipsfart.

Klimastiftelsen skriver at dersom all ammoniakk som produseres i verden i dag skal produseres grønt, vil det være behov for minst 1800 TWh fornybar strøm. Det er mer enn 10 ganger Norges totale strømproduksjon 

Les også

Motor

I en forbrenningsmotor kan ammoniakk brennes både i gassform og flytende. Ammoniakk blir flytende ved minus 33 °C.

Den største fordelen ved å brenne ammoniakk direkte i en motor er at det kan redusere behovet for å bytte ut hele skipsflåten eller gjøre store og kostbare ombygninger. I en Wärtsilä-motor W31-motor skal det være nok å bytte ut 5 prosent av komponentene.

Ulempen er at en forbrenningsmotor er noe mindre energieffektiv enn en brenselcelle, og når ammoniakk brennes direkte i en motor vil det gi utslipp av NOX. Dermed kreves det installasjon av katalysator (SCR-teknologi - Selective Catalytic Reduction).

Brencelceller

Brukt i brenselceller av typen PEMFC (lavtemperatur Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) må ammoniakken først spaltes til nitrogen og hydrogen i en egen prosess. PEMFC er kjent teknologi, men må tilpasses maritim bruk og settes sammen i moduler for å oppnå høy nok effekt.

Alternativt kan høytemperatur brenselcelle Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) bruke ammoniakk direkte. Overskuddsvarme fra brenselcellen brukes til spalting av ammoniakk i hydrogen og nitrogen. Hydrogen reagerer deretter med oksygen fra luft og produserer elektrisitet. En SOFC-brenselcelle har høyere effektivitet enn PEM-brenselcelle, som opererer på 60-90 grader Celsius.

Skisse av systemet for ammoniakk og brenselcelle om bord i Viking Energy. Illustrasjon: Tjalve M. Svendsen/Prototech

SOFC er foreløpig ikke en helt moden teknologi. CMR Prototech jobber med marinifisering og skalering av brenselcelleteknologien til bruk om bord i Eidesvik-skipet Viking Energy. 

Rederiet Eidesvik skal sammen med kunden Equinor og 14 teknologipartnerne i NCE Maritime Cleantech, deriblant Wärtsilä og Prototech, fram til høsten 2023 utvikle en helt ny brenselcelle og system for å benytte ammoniakk til å produsere strøm om bord på et skip. Yara er med i prosjektet med tanke på karbonfri NH3-produksjon. 

Les også

Gift og regler

Ammoniakk er giftig i gassform. Regelverk og rutiner for håndtering av ammoniakk er kjent, men må tilpasses og utvikles for bruk som drivstoff i skip. 

I rapporten pekes det også på at ammoniakk allerede transporteres på skip, cirka 20 millioner tonn. NH3 er en av innsatsfaktorene til Yara og andre som produserer gjødsel.

Skip som har LNG-motorer og tanker og systemer for å håndtere flytende naturgass, har allerede utstyr som kan håndtere nedkjølte gasser. LNG krever temperatur på under -162 grader. For hydrogen må temperaturen ned i -253 før gassen går over i væskeform, mot -33 for NH3.

Kostbart

Klimastiftelsen påpeker at det ikke er direkte billig å kutte utslippene fra skipsfart.

Prislappen for 100 prosent kutt innen 2050 kan komme opp i 1400 milliarder-1900 milliarder amerikanske dollar over 20 år, ifølge analysen The scale of investment needen to decarbonize international shipping fra University Maritime Advisory Services (UMAS) og Energy Transitions Commission (ETC).

Les også

Kommentarer (1)

Kommentarer (1)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå