Het is op volle kracht vooruit voor de Europese scheepvaartindustrie, aangezien een nieuwe golf van schone energietechnologie de uitstoot van broeikasgassen overboord zal gooien.

Scheepvaart, hoewel essentieel voor de handel, draagt ​​aanzienlijk bij aan de emissies die klimaatverandering veroorzaken. Wereldwijde scheepvaart stoot 3% van de wereldwijde broeikasgassen (BKG) uit. Nu de maritieme industrie verantwoordelijk is voor het transport van maar liefst 90% van de wereldhandel, komt er steeds meer druk op de sector om zijn ecologische voetafdruk snel te verkleinen.

"De internationale scheepvaart op open zee is een van de belangrijkste bronnen van alle emissies in Europa", zegt Syed-Asif Ansar, wetenschapper bij het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum, DLR.

Hoewel 3% misschien niet gigantisch lijkt, betekent de wereldwijde groei van de vraag naar scheepvaart dat de maritieme uitstoot sneller is toegenomen dan in de meeste andere sectoren, zegt hij.

Zonder actie zou de scheepvaart binnen enkele decennia verantwoordelijk kunnen zijn voor 10 tot 13% van de wereldwijde uitstoot.

Overgangsbrandstof

Tegenwoordig vertrouwen de meeste oceaanstomers en containerschepen op dieselmotoren om elektriciteit op te wekken om het schip voort te stuwen. De Internationale Maritieme Organisatie (IMO), het agentschap van de Verenigde Naties dat verantwoordelijk is voor het reguleren van de scheepvaart, streeft ernaar de uitstoot van oceaanschepen tegen 2050 te halveren. Dit vereist dat de industrie een koers uitzet naar schonere brandstoffen.

Een benadering is om diesel overboord te gooien en richting vloeibaar aardgas (LNG) te sturen. LNG wordt gevormd wanneer aardgas (methaan) wordt afgekoeld van gasvormige naar vloeibare vorm, waardoor het 600 keer kleiner in volume wordt. Dit vergemakkelijkt het transport en de opslag. Door de temperatuur te verhogen verandert het weer in een gas.

Hoewel LNG nog steeds een fossiele brandstof is, is het opgenomen in de EU-taxonomie, waarin het wordt vermeld als een overgangsbrandstof die de overstap naar hernieuwbare energie in de nabije toekomst zal helpen.

Rookverwijdering

In 2020 wilde het Nautilus-project een nieuw type motor ontwikkelen op basis van LNG die de uitstoot van broeikasgassen zou halveren in vergelijking met diesel en de uitlaatgassen van diesel volledig zou verwijderen, die verontreinigende stoffen bevatten die schadelijk zijn voor het leven in zee en de menselijke gezondheid.

Het Nautilus-project, dat zijn naam ontleent aan het Griekse woord voor zeeman, bouwt nu een speciale motor in de DLR in Duitsland die op LNG zal draaien.

Deze motor bevat een vaste-oxidebrandstofcel die LNG omzet in elektriciteit - zonder het gas te verbranden - en vervolgens een batterij van stroom voorziet. De brandstofcel en de batterij drijven samen het schip voort. Veel meer van de chemische energie van het gas gaat naar de voortstuwing dan wanneer het alleen zou worden verbrand.

"De energieconversie is geen verbranding, maar een elektrochemische conversie", zegt Ansar, projectleider van Nautilus. "Het is veel efficiënter."

Vastoxidebrandstoffen bestaan ​​al, maar niet op de schaal die in de scheepvaart wordt gebruikt. Ze zijn bedoeld voor gebruik in elektriciteitscentrales. Maar de bestaande technologie is te omvangrijk voor schepen. "Gewicht is niet het belangrijkste probleem op schepen," zei Ansar, "maar volume wel."

Oceanliners

Bedenk ook dat een typische oceaanstomer 40 tot 60 megawatt nodig heeft, ongeveer hetzelfde stroomverbruik als een stad met ongeveer 10.000 huizen. Zoals het er nu voor staat, kunnen leveranciers in Europa alleen vaste-oxide-brandstofceleenheden leveren, meestal minder dan 10 kilowatt, een fractie van wat nodig is.

Het Nautilus-project heeft grote brandstofcellen tot 30 kilowatt gebouwd, die vervolgens in bundels worden gecombineerd om de 40 tot 60 megawatt voor schepen te bereiken.

Het team streeft ernaar om tegen 2024 gecertificeerde onshore-tests te krijgen, met tests aan boord in 2026 en een passagiersschip dat wordt aangedreven door de motor in 2030.

De volgende stap is dan het containerschip. Ze denken groot. "We willen schepen niet aandrijven in nichetoepassingen", zegt Ansar. "We willen ons richten op de olifant in de kamer, namelijk de vrachtschepen, grote passagiersschepen en andere oceaanstomers."

En omdat LNG-stroom nog steeds CO₂ opwekt emissies, kijkt het project ook verder vooruit naar wanneer deze tijdelijke fossiele brandstof zal worden vervangen door een koolstofarm alternatief.

Groen methaan

Aanvankelijk zou de brandstof worden gemengd en vervolgens worden vervangen door een hernieuwbare vorm van LNG, groen methaan, opgewekt met zonne- of windenergie. Groen methaan voegt geen emissies toe aan de atmosfeer.

For now, the ambition is to gradually replace diesel engines on ships with technology that taps into fuel cells, LNG and battery storage. Further challenges involve making the units robust enough for ocean voyages, of huge scale and able to operate under different loads.

But diesel and LNG are not the only options when it comes to powering ocean-going freighters and tankers. Another project seeks to clean up global shipping by embracing the potential of ammonia to energize the shipping industry.

Ammonia is widely used in the chemical industry and is best known as the key ingredient in fertilizer. Colorless and with a pungent smell, the fact that the ammonia molecule (NH3) is rich with hydrogen makes it perfect to adapt as a fuel. When used as a fuel, the only emissions are water, with no carbon present to make CO₂ .

"There is a strong focus on ammonia as a possible alternative to fossil carbon fuel for propulsion," said Andrea Pestarino at RINA consulting in Italy, "But there is no commercial engine that can be installed right now onboard a ship." He coordinates the Engimmonia project, one of a number of initiatives worldwide seeking to tap ammonia to power shipping.

Energy dense

Ammonia is a relatively energy-dense means to store and transport green hydrogen generated by renewables. Liquid ammonia packs more energy into the same volume as liquid hydrogen, and can be stored at minus 33 degrees Celsius, as opposed to minus 253 degrees Celsius for hydrogen.

"Instead of storing hydrogen, you store ammonia," said Pestarino. In practice, this means you no longer need large pressurized tanks to store concentrated hydrogen gas, but can simply hold onto chilled liquid ammonia.

Nonetheless, care is needed to ensure no leakage, since ammonia is toxic and smelly. The project is tackling a further challenge; ensuring harmful nitrous oxide gases are scrubbed from exhaust fumes when ammonia is consumed.

It's the talk of the town in shipping circles. "Ammonia is currently seen as the most efficient way to decarbonize the shipping sector, especially propulsion," said Pestarino.

Green ammonia

Engimmonia is also out to transform technologies used on land into ship-shape tech ready for sea conditions. This requires strategies to recycle waste heat for electricity and air conditioning. There are also practical challenges such as where to fit solar panels onto container ships, which have very few free surfaces as they are designed today.

Suffice it to say the ammonia itself will need to be green ammonia, generated from renewable energy sources, in the same way that LNG will ultimately have to be replaced by green methane. At the moment, ammonia is not a carbon-free alternative because fossil-fuel energy is used in its creation.

Numerous initiatives are underway to navigate the shipping industry towards decarbonization, in line with the goals of the European Green Deal, a plan to make Europe the world's first climate neutral continent.

"We're bringing all the pieces of the puzzle together to make a viable system for the shipper," said Ansar. + Verder verkennen

An analysis of renewable fuel options for ships carrying bulk cargo