Hvis skibsfarten skal blive renere, skal hele fremdriftsystemet fra brændstoftanke til skorstenen designes som ét kredsløb.

Den erkendelse er seks partnere bag samarbejdet Green Ship of the Future kommet frem til. Partnerne er A.P. Møller-Mærsk, MAN Diesel, Aalborg Industries, Odense Staalskibsværft, Force Technology, Dansk Center for Maritim Teknologi.

»Man er nødt til at kigge på hele setuppet med motor, scrubber og genindvinding af energien i udstødningsgassen,« siger Jens Peter Hansen fra Aalborg industries.

Formålet med Green Ship of the Future er inden for ti år at reducere CO2-udledningen med 30 procent og udledningen af NOx, svovl og partikler med 90 procent.

Gordisk knude
Skibsbranchen eller Det Blå Danmark, som de kalder sig, står nemlig over for en gordisk knude af grønne krav: Udledningen af CO2, NOx og svovlpartikler skal reduceres samtidigt. Det kræver både klimaforskere, politikere og FN's internationale søfartsorganisation, IMO. Den gordiske knude består i, at reduceret NOx-udledning normalt medfører større CO2-udledning og omvendt.

Hvis man vil mindske NOx-udslippet, kan man enten gøre det ved at fjerne NOx og partikler i en SCR-katalysator, eller ved at sænke maksimaltemperaturen i forbrændingskamrene.

Ved lavere temperaturer dannes der knapt så mange NOx'er - til gengæld bliver forbrændingen mindre effektiv. Ved en NOx-reduktion på ti procent stiger CO2-udslippet således typisk med to procent. Hvis man omvendt vil sikre en effektiv udnyttelse af brændstoffet, skal temperaturen i forbrændingskammeret op - og så ryger NOx-udslippet også i vejret.

Der skal mange sværd til for at hugge den grønne gordiske knude over, forklarer udviklingsdirektør Thomas Knudsen fra MAN Diesel.

»Skibene er allerede optimerede i dag, så hvis vi skal nå vores mål, kræver det også ændringer af skrogform, nye malinger og mange mindre tiltag. Derfor håber vi, at andre virksomheder vil byde ind med deres ideer.«

Motorernes effektivitet forbedres
Green Ship-projektets grundlæggere er motorspecialister og har derfor sat et specifikt mål for motorerne.

»I dag er effektiviteten af en totakts-dieselmotor omkring 50 procent, og den vil vi have op og gerne over 60 procent,« siger Thomas Knudsen.

MAN Diesel tester sammen med Aalborg Industries to kendte teknologier - Scavenge Air Moisturisation (SAM) og Exhaust Gas Recirculation (EGR). De fjerner hver for sig 50-70 procent af NOx-udslippet.

Begge teknologier skal sikre, at temperaturen i forbrændingskammeret sænkes, og at der er så lidt overskydende ilt i kammeret som muligt. SAM-metoden bruger vand i indblæsningsluften for at reducere maksimaltemperaturen i cylindrene. I dag køler man typisk den 200 grader varme indblæsningsluft fra turboladeren. Det fjerner energi svarende til 16 pct. af hovedmotorens akseleffekt.

Vanddamp nedbringer NOx-udslip
Ved SAM bruger man i stedet den varme luft fra turboen til at fordampe havvand. Vanddampen pumpes ind i den nu nedkølede indblæsningsluft, og blandingen blæses ind i brændstofkammeret sammen med fuel­olien. Den 100 procent fugtmættede luft reducerer maksimaltemperaturen i forbrændingskammeret, fordi den fugtige luft kan indeholde næsten dobbelt så meget varme som tør luft.

Vanddampen har desuden den effekt, at det fortynder indblæsningsluften, så iltindholdet i forbrændingskammeret reduceres, og dermed er der færre "overskydende" ilt­atomer, som kan indgå i NOx-dannelsen. Hvis man også blander vand i fuelolien kan man fjerne omtrent 70 procent af NOx-emissionerne.

Scrubber skal fjerne partikler
Efter motoren afsættes varmen fra udstødsgassen til vanddamp, der bliver overhedet og dermed øger effektivitetsgraden af dampturbinen fra 20 til 30. Vanddampen i udstødsgassen har desuden den fordel, at den øger varmekapaciteten og massefylden af udstødsgassen, så turboen kun behøver 80 procent af gassen for at køre - mod 90 procent normalt.

Det betyder, at 20 procent af udstødningsgassen kan pumpes gennem en gasturbine, så energiproduktionen fordobles. Alt i alt giver systemet otte procent højere energiudnyttelse end et system uden SAM.

Den anden metode, EGR, blander en del af udstødsgassen sammen med den friske luft, der skal pumpes ind i forbrændingskammeret. Dermed bliver iltindholdet i udstødsgassen lavere, og der er færre frie ilt­atomer, der kan omdannes til NOx.

Udfordringen ved EGR er, at udstødningsgassen skal renses for svovl og partikler før den recirkuleres. Ellers kan der ophobes skidt i turboladeren og resten af motoren.

For at fjerne partikler og svovl skal udstødsgassen gennem en vådscrubber, før den lukkes helt ud. I Green Ship of the Future-projektet skal Aalborg Industries videreudvikle deres scrubberløsning, så den kan fjerne de sidste partikler og svovlet, før røggassen slipper ud.

FN's Internationale søfartsorganisa­tion har netop vedtaget nye emissionskrav for skibe:

* Svovl I svovlbeskyttede områder som Nordsøen og Østersøen må indholdet af svovl i brændstoffet i dag ligge på 1,5 pct. Efter 2010 reduceres det til 1 pct., og i 2015 bliver det 0,1 pct. Den globale grænse ligger i dag på 4,5 pct. svovlindhold. Den sænkes til 3,5 pct. i 2012, og hvis en undersøgelse senest i 2018 bekræfter, at det er muligt, vil grænsen flyttes til 0,5 pct. i 2020. Ellers kommer kravet først i 2025.

* NOx Fra 2000 til 2011 må nye motorer udlede 17 gram NOx pr. kWh. Derefter må de kun udlede 14,4 g/kWh. Motorer installeret mellem 1990 og 2000 må fremover kun udlede 17 g/kWh. Fra 2016 må motorer kun udlede 3,4 g/kWh, hvis det sejler i miljøbeskyttet område. Uden for gælder de gamle krav.

* CO2 IMO arbejder på at få skibsfarten ind i CO2-kvotesystemet. Danmark har foreslået et CO2-indeks for nye skibe og en afgift på bunkerolie.