Kohti vihreää merenkulkua – Vaasan yliopisto kehittää laivojen vetypolttoainejärjestelmää

Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat kehittävät parhaillaan polttoainejärjestelmää, joka on suunniteltu erityisesti vetykäyttöistä laivamoottoria varten. Tutkimus on osa yliopiston johtamaa EU-rahoitteista CHEK-hanketta, jonka tavoitteena on vähentää merenkulun kasvihuonekaasupäästöjä 99 prosenttia ja energiankulutusta vähintään 50 prosenttia.  – Vedyn palaminen ei tuota kaasumaisia hiiliyhdisteitä eikä hiukkasia. Vetyä voidaan polttaa käyttämällä runsaasti ilmaa, jolloin palamisessa ei muodostu myöskään typen oksideja. Vetyä voidaan tuottaa uusiutuvalla energialla. Vetypolttoaineen käyttö pienentää merenkulun hiilijalanjälkeä, sanoo professori Seppo Niemi Vaasan yliopistosta.

Vaasan yliopiston VEBIC-tutkimusalustan johtama CHEK-konsortio on julkaissut ensimmäisen tulevaisuuden meritekniikkaa tarkastelevan katsauksensa. Hankkeessa kehitetään kahta räätälöityä aluskonseptia: tuulivoimaa hyödyntävää irtolastialusta ja vetykäyttöistä risteilijää, jotka varustetaan innovatiivisilla energiatekniikoilla.

Vaasan yliopisto tutki ensin hankkeessa, millaista moottoritekniikkaa vedyn käyttö laivassa vaatii. Lisäksi selvitettiin, millainen laivan vetypolttoainejärjestelmän tulee olla ja mitkä turvallisuus- ja muut vaatimukset järjestelmän on täytettävä. Nyt valmistellaan vetypolttoainejärjestelmän rakentamista yliopiston VEBIC-tutkimuslaboratorioon. – Tulemme hyödyntämään vetypolttoainejärjestelmäämme ensisijaisesti moottoritutkimuksessamme, mutta kehitämme myös itse järjestelmää kokemuksiimme perustuen, Niemi sanoo.

Polttoainejärjestelmässä tarkastellaan erityisesti vetysäiliöiden suunnittelua ja sijoittelua, paineen säätöä, sulkuventtiilejä, putkistoja sekä turvallisuuteen liittyviä kysymyksiä ja näkökohtia. Näin luodaan ohjeet siihen, miten rakennetaan turvallinen, joustava polttoaineenkäsittelyjärjestelmä vetyä käyttäviä moottoreita varten.

Kesäkuussa 2021 alkaneessa CHEK-hankkeessa Vaasan yliopiston kumppaneita ovat WMU, Wärtsilä, Cargill, MSC Cruises, Lloyds Register, Silverstream Technologies, Hasytec, Deltamarin, Climeon, BAR Technologies ja Yara Marine Technologies. Hanke sai 10 miljoonan euron rahoituksen EU:n Horisontti2020-ohjelmasta.  – Hankkeen yhteistyö on sujunut loistavasti. Eri hankekumppanit tuovat hankkeeseen omaa arvokasta osaamistaan ja näkökulmaa. Tämä on välttämätöntä, jotta hankkeen monisyiset tavoitteet saavutetaan. Esimerkiksi vetypolttoainejärjestelmän kehittämisessä teemme yhteistyötä risteily-yhtiö MSC Cruisesin, laivamoottoreita toimittavan Wärtsilä Finlandin ja luokituslaitos Lloyds Registerin kanssa. Olen kokenut yhteistyön erittäin tärkeäksi ja toimivaksi, sanoo tutkija Maarit Mäkelä, joka johtaa hankkeen uusien energiateknologioiden kehittämisosiota.

CHEK-hankkeessa tutkitaan ja arvioidaan monenlaisia tekniikoita, jotta merenkulun ilmastopäästöjä voidaan vähentää maailman merenkulkujärjestö IMO:n tavoitteiden mukaisesti. Vetypolttoainejärjestelmän lisäksi hankkeessa on tähän mennessä kehitetty muun muassa siipipurjeen aerodynamiikkaa ja mitoitusta. Hukkalämmön hyödyntämisjärjestelmän optimointi ja testaus lisäävät puolestaan tietoa järjestelmän ja komponenttien käyttäytymisestä.

Kumpaankin kohdealukseen sovellettavan ilmavoitelujärjestelmän alustava suunnittelu on saatu valmiiksi. Alusten omistajille ja käyttäjille voidaan tuottaa tietoa ilmavoitelujärjestelmän asennukseen liittyvistä tila-, teho- ja huoltotarpeista. Käsitys kunkin aluksen tarvitsemasta kokonaistehosta paranee. Muun muassa alusten runkoon ja potkureihin tuleva ultraäänipinnoitus auttaa ehkäisemään levien ja simpukoiden kasvua, millä on myönteinen vaikutus laivan kulkuvastukseen ja polttoaineen kulutukseen. Samalla estetään vieraslajien leviäminen.

Hankkeessa on myös laadittu raportti, joka käsittelee kummankin aluksen energiavarastojärjestelmien ja satamien maasähkön yhdistelmäkäyttöä ja siitä mahdollisesti saatavaa hyötyä. Erilaisten tekniikoiden lisäksi hankkeessa on jo verrattu polttoainekustannuksia ja tarkasteltu liiketoimintamalleja, jotka soveltuvat alusten energiaa säästävien laitteiden käyttöönottoon ja ottavat huomioon ilmastonmuutosta hillitsevät näkökohdat.

Lisäksi hankkeessa on esitelty uusi vertailumenetelmäehdotus ilmastopäästöjen vähentämisen analysointiin. Se ottaa huomioon niin laivan järjestelmät, merikoeajot kuin alusten käyttöprofiilinkin. Seuraavan puolen vuoden aikana CHEK-hankkeessa jatketaan ilmastopäästöjen vähentämistekniikoiden kehitystyötä ja valmistellaan niiden käyttöönottoa ja kokeita aluksissa. Hankkeen testialukset aloittavat liikennöinnin kuluvan vuoden loppupuolella. Tarkoitus on, että koematkat on tehty vuoden 2023 loppuun mennessä. Hankkeen odotetaan päättyvän kesäkuuhun 2024 mennessä.

Lähde: Vaasan yliopisto