Norsk-koreansk tank skal gjøre det langt enklere å gå over til flytende gass

Overgang fra tungolje til flytende naturgass, LNG, blir sett på som ett av de viktigste tiltakene for å redusere klimagassutslipp fra skipsfart.

Av verdens rundt 60.000 skip er det bare 123 som i dag bruker LNG til framdrift. Ytterligere 134 er under bygging eller bestilt, og 111 er forberedt.

Med ny norsk-koreansk drivstofftankteknologi kan flere rederier velge LNG, enten det er snakk om nybygg eller ombygging.

Professor Pål G. Bergan, med bakgrunn som professor i konstruksjonsteknikk ved NTNU og forskningsdirektør i Veritas (DNV GL), har sammen med en koreansk professorkollega utviklet og patentert LPV-teknologien (Lattice Pressure Vessel).

Utviklingsarbeidet begynte i 2012.

– Bør ikke bare snakke om innovasjon

Da hadde professor Bergan gjennom flere år undervist graduate-studentene ved Korean Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) i innovasjon, Han begynte å samarbeidet med professor Daejun Chang, som underviste i prosessteknikk.

– Men man bør jo ikke bare snakke om innovasjon, men også gjøre det i praksis, sier Bergan.

Sammen med professor Daejun Chang patenterte han en rekke ideer og startet firmaet Lattice Technology for å kommersialisere disse ideene.

– Den viktigste er LPV-teknologien for LNG, sier Bergan, og legger til: – Vi ser også på mange andre anvendelser.

Plassbesparende

LPV er en ny type trykktank for LNG og andre gasser. I motsetning til tradisjonelle trykktanker, som er en sylinder eller en kule og derved har en svært dårlig plassutnyttelse, har LPV-tankene hovedsakelig en prismatisk form som er fullt skalerbar i alle tre retninger i rommet.

Dette innebærer at tanken kan formes etter tilgjengelig plass om bord.

De prismatiske LNG-tankene designes vanligvis for trykk på 3-10 bar (bar=atmosfærers trykk), men kan også utformes for mye høyere trykk.

– Dette innebærer at de kan anvendes for utbygging av hele infrastrukturen for LNG med lagringstanker, transport av LNG, drivstofftanker, bunkringsskip og så videre, sier Bergan.

Tankene er godkjent av alle de store klasseselskapene.

• De brukte seks år fra ide til det første salget: Nå har Connect LNG 100 potensielle prosjekter (TU Ekstra)

Trykk og nedkjøling

Naturgass kjøles ned til -162 grader for å bli flytende ved atmosfærisk trykk, det vil si kokepunktet for naturgass. Da reduseres volumet til 1/600-del.

Gassen må holdes nedkjølt, og det er ikke tillatt å slippe ut avkok. Den enkleste måten å håndtere dette problemet på for drivstofftanker er å designe disse som en «trykk-koker».

Brukt som drivstoff oppbevares LNG tradisjonelt i selvbærende, isolerte, sylindriske trykktanker, karakterisert som «Type C».

Frigjør plass

Den dårlige plassutnyttelsen gjør at det kan være vanskelig å innpasse tankene om bord på skip. Dette går på bekostning av den interne plassutnyttelsen som fortrinnsvis skal brukes til last, passasjerer og utstyr.

Tidligere har man sett på prismatiske trykktanker som en umulighet. Lattice Technology har utviklet en innvendig bærestruktur som sammen med avstivede plater for gassbarrieren resulterer i en design som har stor grad av geometrisk fleksibilitet. Konstruksjonens redundans (reservekapasitet) resulterer i høye sikkerhetsmarginer mot sammenbrudd.

Ifølge selskapet vil et skip kunne få plass til 50 til 100 prosent mer LNG-drivstoff på samme, tilgjengelige plass om bord sammenlignet med en sylinderløsning.

• Rapport: Halvering av utslipp fra transport på ti år krever en revolusjon. Et CO2-fond kan være løsningen (TU Ekstra)

Patenter

Ettersom metallet i tanker, utstyr og omgivelser trekker seg mye sammen i slike ekstremt lave temperaturer, stilles det helt spesielle krav til opplagring av tank og utstyr, og til materialets seighet ved lave (kryogenisk) temperaturer.

Tankene sveises i spesialstål (for eksempel med 9 prosent nikkel, rustfritt stål eller stål med høyt manganinnhold). De kan også produseres i aluminium.

Den indre gitterstrukturen, eller cellulærstrukturen, balanserer trykkene på motsatte flater. Hemmeligheten ligger i forholdet mellom den indre cellestrukturen og håndtering av hjørner med krumme plater i trykktankene.

– Teknologien er beskyttet med en rekke patenter, sier Bergan.

Skalerbar

LNG-tanker må beskyttes med effektiv isolasjon, vanligvis vakuumisolasjon eller polyuretanskum.

Tanken fastholdes i ett punkt og lagres opp på spesielle treblokker for å hindre kuldebroer og tillate sammentrekning.

– LNG begynner å koke ved -162 grader. Det er ikke lov til å ventilere tankene og slippe ut gass fra den kokende LNG-en. Vår trykktankteknologi er revolusjonerende på den måten at den kan designes for høye trykk og ha en nær sagt hvilken som helt boks-form og den er fullt skalerbar fra noen få kubikk til ti-tusener av kubikkmeter, sier Bergan.

• DNV-GL-direktør: Det må skje noe stort om skipsfarten skal halvere utslippet innen 2050 (TU Ekstra)

Korea-kontrakt

Nå har selskapet Lattice Technology fått sin første kontrakt.

Lattice Technology skal levere en 15 m³ trykktank for nedkjølt naturgass til et opprenskingsskip for Ulsan Port Authority.

Fartøyet er 37,7 meter langt, 10,6 meter bredt og skal leveres i november i år.

Havnefartøyet skal ha to dual-fuel motorer (DF) med seks sylindre hver. Gassforsyningssystem, fra tank til motor, leveres av Sunbo Industry.

Bergan ser på kontrakten som et viktig gjennombrudd for deres trykktankteknologi. De fleste interessenter vil vente til den første kontrakten er inngått av noen andre.

– Vi har bygget fire testtanker og samarbeidet nært med DNV GL og koreanske verft. Vi er trygge på at teknologien fungerer som den skal. Men en kommersiell kontrakt er viktig for å nå ut i markedet, sier Bergan.

Han er fornøyd med at det har gått fort, fra oppstart i 2012 til kommersielt salg i 2018.

– Det er kjapt for en helt ny teknologi, bare 5,5 år fra vi begynte, sier Bergan.

IMO-pådriver

Lattice Technology er i diskusjon med flere om potensielle nye prosjekter.

Bergan tror nye utslippskrav for svovel fra 2020 og det siste IMO-vedtaket om at skipsfarten skal kutte sine CO₂-utslipp med 50 prosent innen 2050, vil medføre at svært mange skip kommer til å gå på LNG.

Gassmotorer har rundt 25 prosent lavere CO₂-utslipp fordi metan er et lav-karbon drivstoff. LNG brenner også svært rent og tilfredsstiller nåværende og framtidige utslippskrav for partikler, svovel og nitrogenoksider (NO_x). (LNG-motorer har som regel noe metanslipp, som medfører noe mindre klimagevinst.)

Lattice Technology har inngått en lisensavtale med Hyundai Heavy Industries (HHI) i Korea så vel som med flere andre firmaer om produksjon av tankene.

• Les også: Nå er det rundt 50 hybridskip i verden (TU Ekstra)

Hydrogen

Lattice Technology jobber også med å kvalifisere teknologien for hydrogen.

Bergan mener flytende hydrogen (liquid hydrogen - LH₂) vil spille en viktig rolle som framtidig drivstoff i kombinasjon med brenselcelle og batterier. Men utfordringene er store når det gjelder lagringseffektivitet (lav energitetthet), materialkrav og totalsikkerhet.

– Hydrogen har et atmosfærisk kokepunkt på -263 grader. Det vil bli større kontraksjoner i materialene ettersom temperaturen er mye lavere enn for LNG og materialet utsettes for større termiske påkjenninger, sier Bergan.

Det blir også mye mer utfordrende med isolasjonen.

– Temperaturen øker sammen med på kokepunktet mens trykket bygges opp. Det kritiske er å tilfredsstille en viss holdetid, eksempelvis 30 dager, under forutsetning av at trykket ikke overstiger tillatt nivå, sier Bergan.

En eventuell hydrogenlekkasje medfører stor eksplosjonsfare i luft eller oksygen. En trykktank for hydrogen i et skip må derfor utstyres med sekundærbarrierer, omgis med inert gass, og ha mye sikkerhetsutstyr.

• Nå skjer det: Turistbåten som virkelig skåner norske fjorder for eksos og støy settes i drift