I et forsøg på at være på forkant med fremtidige miljøkrav til skibsfarten har Haldor Topsøe, DTU og A.P. Møller - Mærsk brugt tre år på at udvikle et effektivt partikelfilter til de store hjælpemotorer på tank- og containerskibe.

Disse motorer producerer blandt andet elektricitet til skibene, når de ligger i havn og forurener derfor luften over byerne med bl.a. partikler og kvælstofilter.

Efterhånden som forskerne får mere og mere dokumentation for, i hvor høj grad skibenes partikelforurening er skyld i dårligt helbred og dødsfald for befolkningen i kystnære områder, kan det f.eks. blive påkrævet, at skibe slukker for hovedmotor såvel som hjælpemotor, når de ligger i havn og i stedet smider et kabel i land og henter strøm fra landjorden.

Alternativt vil skibene med stor sandsynlighed få mulighed for at dokumentere, at de med partikelfilter på deres hjælpemotor lever op til de almindelige emissionskrav som for eksempel lastbilerne i den pågældende storby er underlagt.

Udfordringen er langt større, end man umiddelbart skulle tro. Det går nemlig ikke an blot at tage et af Haldor Topsøes eksisterende katalyserede partikelfiltre til lastbil-sektoren og tilpasse det til en hjælpemotor på et tank- eller containerskib.

Ifølge seniorforsker Keld Johansen, Haldor Topsøe, ville et sådan katalyseret lastbilfilter hurtigt komme til kort over for skibsfartens brændstoffer, som ud over et langt højere svovlindhold, end man er vant til på landjorden, er kendetegnet ved at indeholde meget aske fra motorens smøreolier.

»Samtidig kan man i personbil- og lastbilsektoren i langt højere omfang computerstyre f.eks. motorens temperatur, hvilket betyder, at man relativt nemt kan holde den temperatur på 600 grader, der sikrer, at den opsamlede sod bliver brændt mest effektivt af, når trykfaldet bliver for højt. Disse muligheder har vi ikke i samme omfang i en skibsmotor, og derfor har dette udviklingsprojekt været præget af nogle specifikke katalysator- og procesudfordringer,« siger Keld Johansen.

Det tre-årige forskningsprojekt er netop afsluttet med et såkaldt proof-of-concept, hvilket betyder, at de mange laboratorietest på DTU's prøvemotor viser, at det katalyserede partikelfilter med brændstofadditiv virker, men fortsat mangler at blive testet under daglig - og dermed barsk - drift på et skib.

Selv om der "kun" er tale om et filter beregnet til skibets hjælpemotorer, er der alligevel tale om store motorer med en ydelse på mellem 3 og 5 MW.

Det i sig selv har krævet udviklingen af et katalyseret filter, der er langt større, end Haldor Topsøe er vant til at producere, og udviklingen af en proces, der kan afbrænde de ophobede partikler ved den lave temperatur, som er gældende for en hjælpemotor ved delbelastning uden generende askeophobning.

»Vi har løst problemerne og har nu et filter, som kan påvise en reduktion på mellem 60-85 pct. i partikeludledningen fra hjælpemotoren,« siger projektleder Jesper Schramm, DTU-Mek.

»De største reduktioner på mellem 80-85 pct. opnås, når motoren har de højeste specifikke partikelemissioner, som er ved lave belastninger. Det er vigtigt at bemærke, at filteret kan afbrænde de opsamlede partikler ved en temperatur på helt ned til 320 grader, hvilket svarer til en motorbelastning på 15-20 pct. Vi kan med andre ord dokumentere, at filteret er effektivt, selv når motoren arbejder ved meget lav belastning,« forklarer Jesper Schramm.

Ved belastninger under 15-20 pct. svinder filterets effekt, og partiklerne begynder at blive ophobet i stedet for at blive brændt af. Dette må man være opmærksom på i praksis, hvor man må sikre sig, at motorerne kører med en vis belastning med jævne mellemrum, således at partiklerne brændes af.

»Når filteret afbrænder partiklerne helt ned til 15-20 pct. belastning, kan jeg ikke forestille mig, at det skulle volde problemer i praksis,« siger Jesper Schramm.

For forskerne var hovedudfordringen at muliggøre regenerering af svovl og sod ved motorens naturlige temperatur, hvilket vil sige temperaturer langt lavere end i autosektoren. Samtidig skulle man sikre, at filteret ikke skaber et for stort såkaldt modtryk i hjælpemotoren, der kan beskadige turboladeren.

»Netop her opstod der problemer i processen, fordi det første filter - med en volumen på 50 liter - var for lille forstået på den måde, at modtrykket i motoren overskred motorfabrikantens anbefalinger,« siger Jesper Schramm:

»Det endelige filter er derfor noget større - en volumen på hele 112 liter - og sikrer dermed mod tryktab.«

Det har også været en betingelse for filterets effektivitet, at fuelolien tilsættes et additiv, der indeholder ferrocen, som nedsætter den nødvendige temperatur for afbrændingen af de ophobede partikler.

Projektpartnerne har endnu ikke formelt besluttet, hvornår og hvordan det nye filter skal afprøves på åbent hav. Per Hother Rasmussen fra A.P. Møller - Mærsk ser især frem til at få testet, hvor højt fueloliens svovlindhold kan komme op, uden at filteret mister sin effektivitet.

»For os vil det så afgjort være mest attraktivt, hvis filteret kan kapere olier med varierende svovlindhold, så vi ikke skal have to parallelle udstødningssystemer alt efter fueloliens svovlindhold,« siger Per Hother Rasmussen.