Bergen Engines på vei mot ammoniakk og hydrogen-framtid

På Hordvikneset utenfor Bergen foregår det forskning og utvikling som kan få stor betydning for framtidas utslippsfrie skipstrafikk.

– Vi rykker vekk fra dinosaurstempelet og står på stigbrettet til nullutslipp, sier utviklingssjef Thor Humerfelt til TU.

Rolls-Royce-selskapet Bergen Engines har i det stille allerede jobbet i lang tid med å finne ut hvordan de skal få sine gassmotorer til å tåle innblanding av hydrogen i naturgass. Tester skal i første omgang gjennomføres for å blande inn opp mot 20 prosent H₂.

Begynner på land

Målet er å lage en kommersiell retrofit-løsning som kan akseptere 60 prosent H₂, det vil si ombygging av eksisterende motorer. Deretter har selskapet mål om å komme opp i 100 prosent hydrogen for nye motorer.

Utviklingen starter med de landbaserte kraftverkene for deretter å tilpasse skipsmotorene.

Bergen Engines leverer gassmotorer og generatorer til en rekke kunder på land. I en tidlig fase er det enklere å følge opp anlegg på land. Samtidig er det også behov for nullutslipps strøm- og varmekraftverk på land.

Som kraftverk kan utnyttelsesgraden komme opp i 93 prosent med bruk av all varme og varmegjenvinning i tillegg til el-produksjon.

Første kontrakt på den nye gassmotoren B36:45 med åtte sylindre er inngått med en belgisk tomatprodusent. Den skal ha 20 prosent høyere effekt per sylinder sammenliknet med forgjengeren B35:40.

LNG-overgang

Lykkes Bergen Engines med å lage ombyggingssett slik at dagens LNG-motorer kan konverteres til hydrogen-miks eller ren ammoniakkdrift, har de vist at LNG er et viktig mellomsteg på vei mot dekarbonisering av skipsfarten.

– LNG og gassmotorer er en lovende brobygger mot framtida. Vi har stor tro på at vi vil lykkes med både hydrogen og ammoniakk, sier Humerfelt til TU.

Utgangspunktet er den nyeste gassmotorserien B36:45. Motorene til Bergen Engines er såkalte «lean burn»-motorer. Det vil si at de går på ren gass som antennes med tennplugg. De fleste andre gassmotorer bruker en pilotinnsprøyting av diesel for tenning av gassen ved kompresjon. Det er såkalte DF-motorer, som også kan bytte til ren dieseldrift.

Mindre metan

En lean burn LNG-motor har mellom 20-30 prosent lavere CO₂-utslipp enn dieselmotorer og ingen utslipp av svovel og partikler og ca. 85 prosent mindre nitrogenoksider (NO_x). Uforbrent metan, såkalt metanslip, er et problem med gassmotorer.

Metan er ca. 25 prosent verre enn CO₂ for klima. Rolls-Royce hevder at de nå er nede i 1,5-2 gram per kilowatt-time (g/kWh).

DF-motorer ligger på 3,5-6 g/kWh, men avhenger av mange forhold, både om det er høytrykksmotor, lavtrykk og hvilket metantall gassen har.

– Siden vi leverte første gassmotor i 1991 har metantallet blitt redusert med 80 prosent og vi jobber med å redusere dette ytterligere, sier Humerfelt.

Made in Norway

De store utfordringene med hydrogen og ammoniakk er å få antent gassen samt kontroll på utslipp og lekkasje. Det er også store forskjeller mellom de to gassene.

For ammoniakkmotorer må det gjøres flere tiltak i motoren for å få til tenning og forbrenning. Ren hydrogenforbrenning krever mer omfattende endringer med tanke på kompresjon, tenningstidspunkt, styring av ventiler, både eksos og innslipp, styring av ventiler og gassforsyningssystemet.

Motorfabrikanten får gode innspill fra partnere både fra industrien og akademiske miljøer. Foreløpig har ikke Bergen Engines søkt om midler eller deltakelse i store EU-prosjekter. Men det vil komme.

Foreløpig er selskapet en del av Rolls-Royce Power Systems med egne forskningsbudsjetter. Rolls-Royce annonserte for om lag ett år siden at de ønsket å finne nye eiere til Bergen Engines, men så langt har ikke den perfekte frieren dukket opp.

– Utviklingen er drevet fra Norge og med norske miljøer. Alt er spesifisert og drevet herfra. Vi både produser, maskinerer blokker, monterer og tester, sier Humerfelt.

Han sier at det er en driv blant de ansatte. De synes det er meningsfullt og utfordrende å jobbe for å finne løsninger slik at energiforsyning og skipsfart tar raskere steg mot dekarbonisering.

Kongsberg Maritime har en eksklusiv salgsavtale med Bergen Engines på marine-området. Motorer inngår ofte som en del av store leveringspakker til skip.

Digital åpenbaring

Korona og reiserestriksjoner for servicefolk ble en øyeåpner for å ta i bruk de digitale muligheter som allerede lå innbakt i motorer. Ved nyinstallasjoner og igangkjøring pleide man gjerne å sende to-tre serviceingeniører fra Norge som jobbet med en lokalt ansatt. Nå er det nok med en lokal og kommunikasjon til Bergen for å kjøre i gang og oppdatere motorer og generatorsett. For landbaserte anlegg er det enklere å få tilgang til maskiner i sanntid, men løsbart på skip med sikker tilgang via satellitt.

I den digitale steinalderen ble all mulig data lastet ned, men aldri analysert slik man trodde. Nå lastes bare den man virkelig trenger og kan tolkes, bearbeides maskinelt og utvide kunnskap (maskinlæring/kunstig intelligens.

Serviceingeniørene har nærmest fått øyne og ører inne i stempeltoppen og kan se hvilke trykk, temperatur og blandingsforhold som gir optimal effekt og lavest forbruk og utslipp.

– Motor kan passe seg selv med styringssystem som holder prosessen under kontroll. Det er nyttig, både økonomisk og med tanke på utslipp, sier Humerfelt.

Nullutslipp

IMOs vedtak i april 2018 ligger som premiss for det meste som skjer av forskning og utvikling på maritim sektor. Skal all verdens skip redusere utslipp med 40 prosent innen 2030 og 50 prosent innen 2050, må det skje noe relativt drastisk på drivstoffsiden.

Det holder ikke med driftsoptimalisering, energieffektivisering, vind og batterier.

Bergen Engines startet forskning på gassmotorer allerede i 1983 sammen med Marintek, nå Sintef Ocean, i Trondheim. I dag samarbeider selskapet om neste generasjon motorer med flere aktører, både på forskning, akademia og andre selskaper.

Flere om beinet

MAN Energy Solutions utvikler også motorer for alternative drivstoff.

Mens MAN har som mål å kunne kommersialisere en totaktsmotor i 2024, jobber Wärtsilä med en firetakts ammoniakkmotor og regner med å ha den klar i løpet av to-tre år.

Wärtsilä var også med på gassmotorutviklingen på Marintek. Finnene ser i samme retning som Bergen Engines.

– Vi begynte utvikling av høytrykksmotorer sammen med Marintek, i Trondheim for over 30 år siden. Nå jobber vi med en motor som kan gå på LPG. Vi jobber også med konvertering av motorer til å kunne benytte ammoniakk og hydrogen som drivstoff, sa direktør Kaj Portin i Wärtsilä til TU i fjor.

Wärtsilä skal kjøre fullskalatester på Stord i Norge ved Energy Sustainable katapultsenter.