Skal transportere hydrogen i kuletanker

Hydrogen kan bli en viktig energibærer i grønn omstilling. Japan er blant landene som har en uttalt politikk om å erstatte mye av den fossile energien med hydrogen. I hydrogenstrategien forplikter Japan seg til et mål på 3 millioner tonn/år med hydrogen innen 2030, 12 millioner tonn/år innen 2040 og 20 millioner tonn/år innen 2050.

Som øynasjon, må store volum transporteres sjøveien. Moss Maritime har derfor utviklet et skipskonsept for frakt av opp til 160.000 kubikkmeter flytende hydrogen (LH2 – liquefied hydrogen). Konseptet har fått prinsippgodkjenning, Approval in Principle, fra DNV.

– Det er en viktig milepæl, sier Tor Skogan, direktør for gassteknologi i Moss Maritime.

Skipsteknologien er utviklet med 5 millioner kroner i støtte fra Norges forskningsråd og tilsvarende midler og ressursbruk fra partnerne Shell, Equinor og TotalEnergies. Sintef har jobbet som en del av prosjektorganisasjon til Moss Maritime, inklusive material-testing. DNV har vært sparringpartner rundt regelverk.

Moss og lisenser

Skogan opplyser at de i neste omgang skal henvende seg til verft som har erfaring med bygging av LNG-skip med Moss-design for å bringe konseptet videre. De fleste av dem er i Japan, der Moss-tankskip er bygget på lisens siden midten av 1970-tallet.

Det er 50 år siden Rosenberg Verft i Stavanger leverte Norman Lady, verdens første Moss LNG-tankskip med lastekapasitet på totalt 87.994 m³med fem kuleformede tanker. Totalt er det bygget 145 Moss LNG-skip, og de fleste seiler fortsatt. På 1980-tallet var markedsandelen 80 prosent for Moss-tankere.

Den runde formen har mange fordeler når ekstremt kalde gasser skal fraktes i flytende form på skip. Naturgass må kjøles ned til -163 grader for å bli flytende ved atmosfæretrykk, mens hydrogen skal ytterligere 90 grader ned, – 253 grader Celsius.

Kuler og kanal

Kuleformen gir mindre overflate i forhold til volum, krever dermed mindre isolasjon og påvirker ikke stabiliteten til skip med «slakke tanker», det vil si delvis fylte tanker hvor væske skvalper fra side til side.

Med bedre materialteknologi og Suez-avgifter som rammer skjevt, har de fleste LNG-skip de siste årene blitt bygget med membranteknologi. Den teknologien er ikke like robust som kule-tankene og Moss Maritime mener at kuletanker er en tryggere løsning for hydrogen-skipstransport over lange avstander.

Kuletankteknologien ble utviklet ved Kværner-eide Moss Verft i samarbeid med andre selskaper i Kværner samt DNV. De første skipene ble bygget på Moss Verft og Rosenberg Verft, og den patenterte teknologien ble også lisensiert til andre skipsverft i Europa, USA og Asia. Eierrettighetene til patenter og lisenser tilhører i dag Moss Maritime, som ble skilt ut av Kværner i 2000 og solgt til italienske Saipem i 2001. Patenter knyttet til kuletankdesignen er utløpt, men kunnskap og kompetanse er beholdt.

Bunkring og storskala transport

I 2013 ble Moss Maritime involvert i en mulighets-studie for frakt av flytende hydrogen initiert av Shell. Studien viste at Moss-tankene er godt egnet også for hydrogentransport, men at tankene må isoleres annerledes.

I 2020 gikk Sintef og Moss sammen om å søke støtte fra Forskningsrådet til et nytt prosjekt for å utvikle designet for en Moss LH₂-tank. Etter tildeling av midler inviterte Moss Maritime energiselskapene Shell, Equinor og TotalEnergies som deltagere og sponsorer i prosjektet. Det er resultatet av dette utviklingsarbeidet som nå har ledet til en prinsippgodkjenning fra DNV.

Direktør og leder for gasskip og FSRU i DNV, Martin Cartwright sa i forbindelse med AIP-utstedelsen transport av LH₂ til sjøs er et viktig skritt mot avkarbonisering av energisektoren.

– Vi ser frem til å jobbe med Moss Maritime etter hvert som prosjektet skrider fram, sa Cartwright.

Isolasjon og vakuum

Materialteknologi og håndtering av termiske forskjeller er sentralt i arbeidet, og den store forskjellen mellom produkt-temperaturen og omgivelsestemperatur er en utfordring. Moss LNG-tanker har isolasjonsmateriale i paneler montert utvendig på tanken. For å hindre kondens blir nitrogengass injisert mellom isolasjons-panelene og tank-platene, men dette er ikke mulig for hydrogentanker hvor produktet er kaldere enn kondenserings-temperaturen for nitrogen.

– Løsningen er å bygge en dobbelt-vegget tank med vakuum i kombinasjon med «multiplayer insulation», det vil si flere lag tynn folie. Vakuum leder ikke varme og det er samme isolasjonsteknikk NASA bruker for sine drivstofftanker med flytende hydrogen til rakettmotorer, sier Jørgen Anker, leder for strukturavdelingen i Moss Maritime.

LH2-tankene bygges i rustfritt stål, mens LNG-tanker normalt er laget i aluminium.

– Vi har for lite kunnskap om hvordan aluminium vil tåle så lave temperaturer med krymping og sprøhet. Rustfritt stål tåler kulden godt, sier Anker.

Litt igjen

På teknisk side er det flere utfordringer som må løses, men ingen som regnes som uoverkommelige barrierer. «Boil off», eller avkoking, er ett av dem. Selv om isolasjonen er god, vil noe av væsken gå over i gassform. Det må håndteres trygt. På LNG-skip tas gassen hånd om og brukes som drivstoff for propulsjons-systemet.

– Man kan tenke seg flere alternativer, sier Skogan. Vi tror det mest effektive er å bruke hydrogen-avkoket fra tankene som drivstoff i brenselceller til å produsere strøm, som igjen driver elektriske framdrifts-motorer.

Tor Skogan vedkjenner at de ikke er i mål når prosjektet med Sintef og partnere avsluttes før jul.

Neste steg er å ta det over fra konsept til å nærme seg realisering. Det innebærer å diskutere og samarbeide med aktuelle verft og utstyrsleverandører.

– De mest sannsynlige byggerne av LH2-skip er nok de skipsverftene som har erfaring og kompetanse fra LNG-skip, sier Skogan.

Japans ambisjoner

Noen av verftene er japanske og har bygget LNG-skip på lisens fra Moss Maritime. Noen av dem har egne planer. Målet er å forsyne landet med hydrogen fra Australia.

Foreløpig er det bare ett skip bygget for frakt av LH2, Suiso Frontier. Japanske myndigheter og flere selskaper, inklusive verfts- og teknologikonsernet Kawasaki, begynte planlegging av et eget skip for frakt av flyende hydrogen i 2016. Det var en ledd i strategien om å lære hvordan hydrogen kan fraktes på skip.

Byggingen og installasjon har tatt tid og gitt mange utfordringer. I 2020 ble skipet sjøsatt, mens den sylindriske tanken på 1.250 m³ ble plassert om bord i 2021. Først i februar 2022 ble første seilas med hydrogen fra Australia til Japan gjennomført.

Myndighetene i Japan støtter forskning og utvikling av hydrogenteknologi og transport i stor skala. Nå har Japan tatt neste store beslutning med revidert hydrogenstrategi i juni i år.

Som følge av det skal de tre store rederiene Kawasaki Kisen Kaisha, Ltd. (“K”LINE), Mitsui OSK Lines, Ltd. (MOL) og Nippon Yusen Kabushiki Kaisha (NYK) samarbeide med Kawasaki-kontrollerte JSE om storskala skipstransport av hydrogen. De bygger blant annet på erfaringene fra Suiso Frontier.

Under Nor-Shipping på Lillestrøm i juni, viste Kawasaki fram en modell av et stort skip for frakt av 160.000 m³ LH2. Assisterende salgsdirektør Keisuke Miyake fortalte med begeistring at de har dratt veksler på LNG-kompetansen de har bygget opp over mange år som lisensbygger for Moss kuletankskip.

– Vi har gjort veldig mye egenutvikling. LH2 stiller helt andre krav til løsninger, sier Miyake, og understreker at den futuristiske designen neppe blir å se på de første nybyggene. Han kan verken avsløre tekniske detaljer eller en nøyaktig tidsplan.

– VI er fortsatt på et tidlig stadium, sa han i juni.

Kvalitet

Verdens første kuletankskip, Norman Lady, ble for øvrig solgt til skraping i 2013 i Kina, 40 år etter at det ble levert til Leif Höegh og partnere.

De noe større kuletankskipene Hilli (1975), Gimi (1976) og Khannur (1977) som alle er bygget ved Rosenberg i Stavanger, er konvertert til flytende LNG-terminaler og har fått nye liv, nesten 50 år etter at de ble sjøsatt.

– Ombygging av eldre LNG-skip til flytende terminaler er et godt eksempel på gjenbruk, og prosjektering av slike ombygginger er en viktig aktivitet for Moss Maritime i dag. Til tross for mange tiår i drift så er kuletankene på disse skipene i meget god stand. Det sier noe om kvaliteten, sier Skogan.