Using electrospun nanofibers to counter NOx emission from heavy shipping

Elektrospundne nanofibre skal bekæmpe NOx-forurening fra den tunge skibsfart

mandag 02 mar 15
|

Kontakt

Vincenzo Esposito
Professor
DTU Energi
46 77 56 37

Projekt BlueShip

Partnere i BlueShip: DTU Energi (R&D, Danmark), Next Technotessile (R&D, Italien), Labor (R&D, Italien), Linari (SME, Italien), Akretia (SME, Tyskland) og Stogda (SME, Poland).

 

Læs mere om BlueShip: www.blueship-fp7.eu/

Den internationale skibsfart er firedoblet på 20 år, og forurening fra skibsfarten er hurtigt ved at blive et alvorligt sundhedsproblem på land. DTU Energi er en del af EU-projektet BlueShip, der skal reducere NOx-udledningen fra skibene med et nyt, lettere og bedre røggasrensnings-system.

Skibe transporterer op mod 90 procent af den globale handel, og den støt stigende efterspørgsel efter varer har ført til en firedobling af den internationale handelsflåde siden 1992, svarende til en årlig vækst på 6-10% i antallet af skibe.

Det er godt for den globale økonomi, men rigtig skidt for miljøet og folkesundheden, for skibene drives af bunkerolie. Bunkerolie er det mindst raffinerede brændstof fra olieraffinaderierne, så tungtflydende at det næsten er en tilsnigelse at kalde det flydende. Når olien forbrændes, frigives store mængde nitrogenoxider (NOx), sulfater (SOx), tungmetaller og partikler til luften. Tunge fragt- og containerskibe sejler kun otte meter på literen, og et containerskib som Emma Mærsk forbruger f.eks. 200.000 liter bunkerolie i døgnet, så forureningen fra den globale handelsflåde kan både måles og mærkes. Det anslås, at 14% af den samlede luftforurening i Danmark er fra skibe.

"Et enkelt gram af de nanofibre, vi producerer, har et reaktivt overladeareal på mere end 40 kvadratmeter. Det er en faktor ti større areal end i de traditionelle porøse SCR-monolitter. "
Seniorforsker Vincenzo Esposito, DTU Energi

Halvt så stort og endnu bedre 

Projektet BlueShip, der er støttet af EU's rammeprogram for forskning og udvikling, vil bidrage til at reducere NOx-udledningerne ved at forbedre det traditionelle SCR-system (Selective Catalyst Reduction). Det nye system vil være halvt så stort og tungt som det traditionelle og dermed tillade inkorporering af NOx-reducerende rensesystemer i mindre skibe end hidtil og samtidig reducere de samlede installations- og vedligeholdelsesomkostninger.

Klassiske SCR-enheder fungerer ved at tilsætte ammoniak til udstødningsgassen fra skibet og sende blandingen igennem meget store stakke af porøse og monolitiske blokke af keramiske katalysatorer med et højt overfladeareal. I overfladearealet kan ammoniak reagere med og ødelægge NOx. Enhederne er billige og effektive, men de er også meget besværlige at installere, svære at rengøre og de har en dårlig genanvendelighed. De reagerer også dårligt på vibrationerne i et skib.

"De nuværende SCR-enheder er velegnede til stationære applikationer som cement- og kraftværker, hvor vibrationer og størrelse ikke betyder noget, mens de på skibe har flere begrænsninger," siger seniorforsker Vincenzo Esposito fra DTU Energi.

DTU Energi er ekspert i røggasrensning og førende inden for forskning i materialer og processer til keramiske komponenter, hvilket gjorde DTU Energi til en oplagt partner for projektet BlueShip. Her arbejder DTU-forskerne sammen med tre industripartnere fra europæisk skibsfart, foruden forskere fra Italien for at gøre den klassiske SCR-enhed lettere, bedre og mere kompakt og dermed bedre egnet til vibrationerne fra tunge skibe.

"Vi agter at reducere størrelsen og vægten af SCR-enheden med 50 procent, reducere købsprisen og installationsomkostninger med 20 procent, og reducere vedligeholdelse og operationelle omkostninger med 15 procent", siger DTU-forskeren.

Et gram med milioner af nanofibre 

Strukturen og nøgleelementerne i BlueShips nye SCR er ved at blive patenteret og er derfor ikke offentligt tilgængelig, men en central ide er, at den baseres på elektrospundne nanofibre med et meget højt overfladeareal.

Elektrospinning er en teknik til fremstilling af skræddersyede nano- og mikrostrukturer, hvor man gennem en tynd dyse sprøjter en dråbe af en opløsning ud i et meget kraftigt elektrisk felt. Feltet trækker opløsningen ud i en meget tynd fiber, opløsningsmidlet fordamper på millisekunder, og man ender med et meget fintmasket net af små fibre, der hver har en tykkelse på 30-50 nm med et meget stort overfladeareal. Et gram materiale er sammensat af millionvis af keramiske nanofibre.

"Et enkelt gram af de nanofibre, vi producerer, har et reaktivt overfladeareal på mere end 40 kvadratmeter. Det er en faktor ti større areal end i de traditionelle porøse SCR-monolitter. Vi taler om et ti gange større overfladeareal på samme plads, "siger Vincenzo Esposito, der forklarer, at effektiviteten af den katalytiske aktivitet er den samme som i de nuværende produkter.

"Ud over det høje overfladeareal er den væsentligste forskel, at alle overfladerne i vores system er tilgængelige for udstødningsgassen, mens der er store inaktive områder i en standard SCR. Så vi kan halvere størrelsen af enheden uden at tabe effektivitet ved at ændre udformning og morfologi."

Teknikken vil resultere i små udskiftelige NOx-reducerende enheder, der kan indarbejdes i mindre skibe, der tidligere havde for lidt plads til sådanne systemer, mens den åbner plads til flere systemer på samme plads i de større skibe.

”Vi er overbeviste om, at det nye design og den nye morfologi af SCR-enheder vil reducere forureningen fra den internationale skibsfart ganske betragteligt," siger Vincenzo Esposito.

Gode nyheder for sundheden 

Dette er gode nyheder for europæere og ikke mindst danskerne. Det Danske Center for Energi, Miljø og Sundhed (CEEH) anslog i 2011, at den internationale skibsfart årligt er ansvarlig for 50.000 for tidlige dødsfald i Europa, som følge af forureningsrelaterede sygdomme.

Projekt BlueShip er stadig i færd med at få de elektrospundne fibre inkorporeret i SCR-systemet. De indledende tests har vist gode resultater, og der forventes en fungerende prototype i 2016.

Relaterede Videoer  

Vis flere