Emissionsfri sejlads er fuld damp for oceangående forsendelse

Det er fuld damp for den europæiske skibsfartsindustri, da en ny bølge af ren energiteknologi skal kaste drivhusgasemissioner over bord.

Skibsfart, selv om det er afgørende for handelen, bidrager væsentligt til de emissioner, der forårsager klimaændringer. Global skibsfart udspyder 3 % af verdensomspændende drivhusgasser (GHG). Med den maritime industri ansvarlig for at transportere ikke mindre end 90 % af verdenshandelen, er der et stigende pres på sektoren for hurtigt at reducere sit CO2-fodaftryk.

"International skibsfart på åbent hav er en af ​​de største kilder til alle emissioner i Europa," siger Syed-Asif Ansar, videnskabsmand ved det tyske luftrumscenter, DLR.

Selvom 3 % måske ikke virker titanisk i omfang, betyder vækst i efterspørgslen efter skibsfart på verdensplan, at maritime emissioner er accelereret hurtigere end de fleste andre sektorer, siger han.

Uden handling vil skibsfarten kunne stå for 10 til 13 % af de globale emissioner inden for få årtier.

Overgangsbrændstof

I dag er de fleste oceanskibe og containerskibe afhængige af dieselmotorer til at generere elektricitet til at drive fartøjet. Den Internationale Søfartsorganisation (IMO), FN's agentur, der er ansvarlig for regulering af skibsfart, sigter mod at halvere emissioner fra havfartøjer inden 2050. Dette kræver, at industrien sætter kursen mod renere brændstoffer.

En tilgang er at smide diesel og styre mod flydende naturgas (LNG). LNG dannes, når naturgas (metan) afkøles fra gasformig til flydende form, hvilket gør den 600 gange mindre i volumen. Dette gør det lettere at transportere og opbevare. Forøgelse af temperaturen gør det tilbage til en gas.

Selvom LNG stadig er et fossilt brændstof, er det inkluderet i EU-taksonomien, som angiver det som et overgangsbrændstof, der vil hjælpe med overgangen til vedvarende energi i den nærmeste fremtid.

Fjernelse af røg

I 2020 satte Nautilus-projektet sig for at udvikle en ny type motor baseret på LNG, der ville halvere drivhusgasemissionerne sammenlignet med diesel og helt fjerne dieseludstødningsgasser, som indeholder forurenende stoffer, der er skadelige for livet i havet og menneskers sundhed.

Nautilus-projektet tager sit navn fra det græske ord for sømand og bygger nu en speciel motor i DLR i Tyskland, der skal køre på LNG.

Denne motor indeholder en fast oxid brændselscelle, der gør LNG til elektricitet - uden at brænde gassen - og derefter tænder et batteri. Brændselscellen og batteriet driver sammen skibet. Langt mere af den kemiske energi fra gassen går til fremdrift, end hvis den bare var brændt.

"Energiomdannelsen er ikke forbrænding, men en elektrokemisk omdannelse i stedet," sagde Ansar, Nautilus projektleder. "Det er langt mere effektivt."

Brændstoffer med fast oxid findes allerede, men ikke i den skala, der bruges i skibsfart. De er tænkt til brug i kraftværker. Men den eksisterende teknologi er for omfangsrig til skibe. "Vægt er ikke det store problem på skibe," sagde Ansar, "men volumen er."

Ocean liners

Overvej også, at en typisk oceanfartsfartøj kræver 40 til 60 megawatt, omtrent det samme strømforbrug som en by med omkring 10.000 huse. Som det ser ud, kan leverandører i Europa kun levere fastoxid-brændselscelleenheder, for det meste under 10 kilowatt, en brøkdel af, hvad der er behov for.

Nautilus-projektet har bygget store brændselsceller på op til 30 kilowatt, som derefter kombineres i bundter for at opnå de 40 til 60 megawatt, der kræves til skibe.

Holdet sigter mod at få certificeret test på land i 2024, med test om bord i 2026 og et passagerskib, der drives af motoren i 2030.

Det næste trin bliver så containerskibet. De tænker stort. "Vi ønsker ikke at drive skibe i nicheapplikationer," sagde Ansar. "Vi ønsker at målrette elefanten i rummet, som er fragtskibe, store passagerskibe og andre oceanskibe."

Og fordi LNG-strøm stadig genererer CO₂ emissioner, ser projektet også længere frem, når dette fossile overgangsbrændstof vil blive erstattet af et kulstoffattigt alternativ.

Grøn metan

I første omgang ville brændstoffet blive blandet og derefter erstattet af en vedvarende form for LNG, grøn metan, genereret ved hjælp af sol- eller vindkraft. Grøn metan tilfører ikke emissioner til atmosfæren.

For now, the ambition is to gradually replace diesel engines on ships with technology that taps into fuel cells, LNG and battery storage. Further challenges involve making the units robust enough for ocean voyages, of huge scale and able to operate under different loads.

But diesel and LNG are not the only options when it comes to powering ocean-going freighters and tankers. Another project seeks to clean up global shipping by embracing the potential of ammonia to energize the shipping industry.

Ammonia is widely used in the chemical industry and is best known as the key ingredient in fertilizer. Colorless and with a pungent smell, the fact that the ammonia molecule (NH3) is rich with hydrogen makes it perfect to adapt as a fuel. When used as a fuel, the only emissions are water, with no carbon present to make CO₂ .

"There is a strong focus on ammonia as a possible alternative to fossil carbon fuel for propulsion," said Andrea Pestarino at RINA consulting in Italy, "But there is no commercial engine that can be installed right now onboard a ship." He coordinates the Engimmonia project, one of a number of initiatives worldwide seeking to tap ammonia to power shipping.

Energy dense

Ammonia is a relatively energy-dense means to store and transport green hydrogen generated by renewables. Liquid ammonia packs more energy into the same volume as liquid hydrogen, and can be stored at minus 33 degrees Celsius, as opposed to minus 253 degrees Celsius for hydrogen.

"Instead of storing hydrogen, you store ammonia," said Pestarino. In practice, this means you no longer need large pressurized tanks to store concentrated hydrogen gas, but can simply hold onto chilled liquid ammonia.

Nonetheless, care is needed to ensure no leakage, since ammonia is toxic and smelly. The project is tackling a further challenge; ensuring harmful nitrous oxide gases are scrubbed from exhaust fumes when ammonia is consumed.

It's the talk of the town in shipping circles. "Ammonia is currently seen as the most efficient way to decarbonize the shipping sector, especially propulsion," said Pestarino.

Green ammonia

Engimmonia is also out to transform technologies used on land into ship-shape tech ready for sea conditions. This requires strategies to recycle waste heat for electricity and air conditioning. There are also practical challenges such as where to fit solar panels onto container ships, which have very few free surfaces as they are designed today.

Suffice it to say the ammonia itself will need to be green ammonia, generated from renewable energy sources, in the same way that LNG will ultimately have to be replaced by green methane. At the moment, ammonia is not a carbon-free alternative because fossil-fuel energy is used in its creation.

Numerous initiatives are underway to navigate the shipping industry towards decarbonization, in line with the goals of the European Green Deal, a plan to make Europe the world's first climate neutral continent.

"We're bringing all the pieces of the puzzle together to make a viable system for the shipper," said Ansar. + Udforsk yderligere

An analysis of renewable fuel options for ships carrying bulk cargo