Bergensforskere vil gjøre skipsfarten grønnere

Hver vinter ligger det et røykteppe over Paris, Beijing, LA og Bergen fra forurensende trafikk. Denne smogen består blant annet av den kjemiske forbindelsen nitrogenoksid (NOx). Som en følge av disse utslippene, opplever mange mennesker helseproblemer.

Det er først og fremst biltrafikken som får skylden for forurensningen. Vinteren 2011 iverksatte byrådet i Bergen derfor tiltak for å halvere biltrafikken ved å innføre såkalt par- og oddetallskjøring. Men tiltaket påvirket i liten grad forurensningsnivået.

Grunnen til dette er sannsynligvis at det i Bergen ligger flere supplybåter og cruiseskip til havn året rundt. Ti supplybåter forurenser mer enn 40.000 biler, ifølge førsteamanuensis Crina Silvia Ilea ved Institutt for fysikk og teknologi ved Universitetet i Bergen og forsker ved CMR Prototech.

– I likhet med andre havnebyer har Bergen mange skip til kai som bidrar til forurensningen av byen. De syv fjell virker som en vegg som stenger gassene inne, forklarer Ilea.

Vil rense skipsfarten

Ilea leder prosjektet Maritime SHIFT, som har søkt om status som Senter for forskningsdrevet innovasjon (SFI) i regi av Norges forskningsråd. Prosjektet går ut på å utvikle energieffektive og miljøvennlige motorer i samarbeid med den maritime industrien på Vestlandet.

– Det var industrien selv som tok initiativet og spurte IFT om vi ville etablere et prosjekt for å utvikle mer miljøvennlige og kostnadseffektive motorer til skipsindustrien, sier hun.

Det siste tiåret har mange andre transportnæringer gått over til renere motorer, noe som har redusert utslipp av NOx og andre forurensende gasser og partikler. Skipsfarten har derimot ikke hatt samme reduksjon. Dette blir særlig prekært når man tenker på at skipstrafikken, ifølge Ilea, står for halvparten av verdens NOx-utslipp.

– Store råoljebaserte skipsmotorer har en levetid på 30 år og er basert på et tungrodd petroleumsbasert system som man ikke bare kan skifte ut over natten, forklarer hun.

Nå er det omsider bevegelse. FNs sjøsikkerhetsorganisasjon Den internasjonale skipsfartsorganisasjonen (IMO) og EU er i ferd med å sette i verk nye reguleringer for å begrense luftforurensningen fra skip. EU vil blant annet redusere CO2-utslippene med 50 prosent i 2050 i forhold til 2005-nivået, mens IMO forlanger at nye skip skal bli opp til 30 prosent mer energieffektive innen 2025.

– Skipsindustrien er nødt til å endre seg radikalt, og man må starte nå, sier Ilea.

Dette krever, ifølge Ilea, to strategier. Den ene er å redusere bruken av fossil energi ved bruk av dagens motorteknologi. Den andre er å utvikle ny teknologi basert på fornybar energi.

For å gjennomføre dette trengs et komplisert samspill mellom teknologiutvikling, optimalisering av måle- og beslutningssystemer ombord i skipene, i tillegg til å tilpasse seg det gjeldende og kommende regelverket.

Hybridløsninger først

Ilea mener at det første steget mot en grønnere skipsfart er å utvikle hybridsystemer basert på dagens teknologi. For eksempel ved å utvikle elektrisk motorkraft og hjelpemotorer under innseiling til havner, og ved flere timers lossing ved kai.

– I første omgang er det snakk om å lage hybridløsninger med hydrogen, før teknologien kommer så langt at den kan ta i bruk motorer som kun går på grønn og fornybar energi, sier hun.

Ifølge prosjektlederen er det mange måter å forbedre dagens skipsteknologi på. For eksempel kan det være mye å hente på ny skipsdesign, som utnytter vinden bedre og reduserer bruken av drivstoff. Mekanisk bølgekraft kan overføres direkte til motorkraft eller omdannes til elektrisitet, og man kan ta i bruk solcelleteknologi.

I alt 60 prosent av varmeenergien forsvinner ut i eksosen på dieselmotorer. Et av målene er å bruke en del av denne varmen til å drive pumper og el-generatorer

– Det er mange måter å spare inn bruken av fossilt brensel på. Men i dag er det ingen målemetoder som gir svar på hvor mye man sparer ved å iverksette ulike tiltak. Dette skal vi utvikle for å bidra til mer kunnskap om økonomi- og energieffektivisering, forteller hun og peker på at Norges handelshøyskole er en viktig samarbeidspartner i prosjektet.

Brenselsceller for fremtiden

I tillegg til å optimalisere den eksisterende maritime teknologien, skal Maritime SHIFT også utvikle ny energiteknologi. En ny teknologi som Ilea har stor tro på er elektriske motorer som går på hydrogen, utvunnet av fornybare energikilder.

– Nøkkelen i et slikt system er å bygge et energisystem rundt brenselceller. Brenselceller kan omgjøre en stor del af energien i hydrogen direkte til elektrisitet på en svært effektiv måte, uten forurensing. I tillegg er det mulig å utnytte spillvarmen fra brenselcellemotorene slik at effektiviteten kommer opp i 80 prosent utnyttelse mot 40 prosent i dag, sier forskeren.

Siden brenselceller er så effektive, tar de også liten plass. For å drive et containerskip, kreves en motor og hydrogentank på størrelse med én container.

Brenselceller kan også reverseres til å produsere hydrogen på en miljøvennlig måte, dersom de kobles opp mot fornybare energikilder som vannkraft, vindkraft eller andre fornybare kilder. Denne elektrisiteten kan brukes til å skille ut hydrogen fra vann, ved såkalt elektrolyse.

Utnytter tilgjengelig teknologi bedre

Teknologien er stort sett tilgjengelig i dag. Hovedutfordringen er, ifølge Ilea, å sette sammen de ulike teknologiene til et samkjørt system av solceller, vindkraft og brenselceller.

Et slikt velfungerende system av fornybar energi vil også kunne brukes utenfor skipsfarten. For eksempel til elektrifisering av plattformer offshore med en undervanns brenselcellestasjon på bunn. Men også biler, fly og husholdninger vil kunne få nytte av nye, renere energisystemer basert på brenselcelleteknologi.

– For å utvikle og gjøre de nye teknologiene kommersielle kreves samarbeid. Dette vil vi få til med Maritime SHIFT.

– Målet vårt er at dersom noen kommer med en bestilling, uansett skipsstørrelse og bruksområde, så kan vi levere en fullstendig pakke.

Renere luft i vente

Maritime SHIFT har potensiale til å skape bedre effektivitet og miljøvennlighet i skipsfarten over hele verden. Men prosjektet kan også styrke Norges rolle som global aktør i skipsbransjen i lang tid fremover.

– Norge eier ti prosent av skipene i verden og kan med dette prosjektet sikre posisjonen som ledende innen utvikling av maritime tjenester også i fremtiden, mener Ilea.

Skipsfarten kommer til å øke i fremtiden. Stadig flere cruiseskip ankommer Bergen og Norge hvert år.

– Til syvende og sist er hovedmotivasjonen for dette prosjektet et ønske om at neste generasjon skal få puste i renere luft, samtidig som at vi har en skipsfart i verdensklasse, sier Crina Silvia Ilea.

65 SFI-søknader er sendt til Forskningsrådet i denne søknadsrunden. Fire av disse er fra UiB. Hvem som får tilslag avgjøres rundt oktober 2014. I dag er UiB vertsinstitusjon for SFI-senteret Sea Lice Research Centre, og er dessuten deltaker i SFI-prosjektene CRISP og Michelsensenteret for Industriell Målevitenskap og Teknologi.