El-færgen Ellen sejler på 100 pct. el mellem Ærø og Als. Men selvom mindre el-færger har set dagens lys, og der arbejdes på grønne løsninger til containerskibe, sejler stort set alle store skibe i den maritime sektor på fossile brændstoffer. Det gør sektoren til en stor CO2-udleder.
Ifølge Det Europæiske Miljøagentur udgør udledningen omkring 3 til 4 pct. af EU’s samlede udledning. Findes der ikke en løsning, står udledningen til at stige markant i takt med, at sektoren vokser. OECD forudser, at behovet for fragt af varer vil være tredoblet i 2050.
I DTU’s laboratorier er forskere i gang med at udvikle et brændselscellesystem, som skal generere CO2-fri strøm til store skibe som containerskibe. Strømmen skal erstatte de fossile brændstoffer som drivmiddel.
En brændselscelle kan producere elektricitet ved hjælp af en elektrokemisk reaktion imellem ilt og flere typer gasarter – heriblandt brint og ammoniak.
En af løsningerne er at anvende et såkaldt SOFC-system (solid oxide fuel cell), som er et højtemperaturs-brændselscellesystem, og tilføre ammoniak til systemet. Systemet kan bl.a. anvende grøn ammoniak til at producere CO2-fri strøm, og skal være en integreret del af skibene og altså erstatte de nuværende motorer, der kører på fossile brændstoffer.
”SOFC-systemet kommer nok til at koste mere end det dobbelte af, hvad en almindelig skibsmotor vil koste. Det er set i perspektiv af, at man også skal søge mod nye og mere effektive løsninger til skibene. Derfor vil brændselscellerne først blive økonomisk konkurrencedygtige om nogle år, men vi lever på en planet med et begrænset antal resurser. Så hvis man kan spare en stor mængde resurser, har det en stor værdi på trods af de høje økonomiske omkostninger, der vil være i begyndelsen. Det vil vi godt kunne være bekendt over for vores klode,” siger Henrik Lund Frandsen, der er professor på DTU Energy, og som arbejder på flere projekter med integrering af SOFC-systemer.
Skal tankes med grøn ammoniak
Hvis SOFC-systemet skal producere CO2-fri strøm, afhænger det af, at ammoniakken også bliver produceret grønt – og det kan godt blive en udfordring. Lige nu bliver ammoniak i langt størstedelen af tilfældene produceret med fossilt brændsel, der gør det til det mest drivhusgasintensive kemikalie at producere på verdensplan, hvor produktionen står for omkring 1,5 pct. af de samlede globale CO2-emissioner. Men ved hjælp af Power to X vil der kunne produceres grøn ammoniak, som ikke udleder CO2, og det er den metode, der skal ekspanderes, hvis SOFC-systemer på skibe for alvor skal søsættes.
”Lige nu er produktionen af grøn ammoniak stort set lig med nul. Hvis vi ikke får noget grøn ammoniak, er systemet ikke noget værd. Men grøn ammoniak skal nok ske. Det sker inden udgangen af det her årti. Om det så i sidste ende skal bruges gennem et brændselscellesystem, det er mere usikkert,” siger Henrik Lund Frandsen.
Kommer produktionen af grøn ammoniak for alvor i gang, er der dog flere aspekter, der taler for et integreret SOFC-system.
”Virkningsgraden på at konvertere energi fra ammoniak via en brændselscelle er meget høj. Det vil sige, at man kan spare en del brændstof, i forhold til den mængde det kræver ved en forbrændingsmotor. Derudover frigøres store mængder giftige nitrogenoxider når man afbrænder ammoniak. I SOFC-brændselsceller, under de betingelser vi kører med vores system, opstår disse gasser ikke. Derfor sparer man betydeligt på gasrensningssystemet, i forhold til hvis skibet skulle sejle med ammoniak og en forbrændingsmotor,” siger Anke Hagen, der er professor på DTU Energy, og som har været projektleder på projektet Aegir, der bl.a. arbejdede med SOFC i den maritime sektor.
Tester teknologien
Ét af projekterne, Henrik Lund Frandsen arbejder på, handler om at erstatte skibenes hjælpemotor med et brændselscellesystem. Store skibe har både en hovedmotor, der driver skibet frem, og en hjælpemotor, der ved hjælp af brændsel genererer strøm til selve driften på skibet – såsom lys og kølesystemer. Projektet sker i samarbejde med virksomheden Alfa Laval.
”Nu er den første prototype af hjælpemotoren ved at blive testet. Det er lige nu den bedste case, da man med et SOFC-system som hjælpemotor fordobler virkningsgraden, og man skal derfor kun bruge halvt så meget brændstof som ved en forbrændings-hjælpemotor. Dermed opnås store besparelser på brændstof. Ved de helt store hovedmotorer ligger virkningsgraden på omkring 50 pct., hvilket er lige på grænsen til, om det kan svare sig økonomisk at erstatte med brændselsceller. Men med en hjælpemotor kan vi få virkningsgraden op på 60-70 pct., hvilket vil være en stor gevinst i forhold til, at grøn ammoniak også er dyrere at producere,” siger Henrik Lund Frandsen.
Industrien skal satse på brændselsceller
På trods af den store klimagevinst pointerer forskerne, at systemet også skal give økonomisk mening, før man for alvor vil se en udvikling.
”Det bliver dyrere, når man skal producere brændstoffet selv frem for at hive det ”gratis” op af jorden. Til gengæld opnås der besparelser ved den høje virkningsgrad. Men økonomi er tit en drivkraft for, om der vil komme en udvikling. Så målet er at lave teknologien billigere, så udrulningen sker hurtigere,” siger Henrik Lund Frandsen.
Spørger man forskerne er det sandsynligt, at vi en dag vil se containerskibe, der sejler på strøm ved hjælp af brændselsceller. Spørgsmålet er, om industrien vil kigge i brændselcellernes retning eller søge mod andre løsninger.
”Vi har teknologien. Den kan altid forbedres i forhold til pris og levetid for at blive konkurrencedygtig på sigt. Det er først og fremmest et spørgsmål om investeringer, og om man tør satse på teknologien kommercielt, før vi vil se den integreret. Der er stor bevågenhed på grønne løsninger blandt de store aktører i sektoren. Jeg tror, at når man først bygger skibe, der kan håndtere ammoniak som brændstof i en forbrændingsmotor, bliver det også nemmere at omstille til et SOFC-system,” siger Anke Hagen.
