Slut med sort skibsrøg

Forbrændingsmotorer i biler, lastbiler og skibe forurener omgivelserne med bl.a. NO_x. NO_x er en samlet betegnelse for en række gasser, hvor især nitrogendioxid (NO₂) er giftig at indånde.

Reglerne om udledning af NO_x fra skibe er blevet strammet i de senere år. Fra 2016 har der i Nordamerika været krav om at reducere udledningen med 75 pct. fra store totaktsdieselmotorer på nye skibe, og om et par år vil den samme reduktion også være et krav i Nordsøen og Østersøen. Derfor er der et konstant pres på at finde teknologier, der kan mindske NO_x-udslip yderligere.

En af de teknologier, man i forvejen benytter til at mindske NO_x-udslip, er Exhaust Gas Recirculation (EGR), hvor en del af udstødningsgassen bliver recirkuleret til motoren. Under udviklingen af EGR til skibsmotorer oplevede man desværre den kedelige bieffekt, at der dannedes store mængder sort røg i forbindelse med kraftige accelerationer af skibet. Det afhjælper ikke just luftforureningen, og røgen kan derudover skade motoren, forklarer Casper Hededal Svendsen, Head of Emission Control ved MAN Diesel & Turbo.

”Den sorte røg kunne fjernes ved at manøvrere skibene anderledes, men vi ville gerne bevare de nuværende sejlegenskaber og i stedet løse problemet på en anden måde,” siger han.

I første omgang forsøgte virksomheden sig med konventionelle tiltag, men da det ikke virkede, besluttede de, at der var brug for bistand udefra til at få løst udfordringen.

”Vi vurderede, at der var behov for en større indsats med avanceret teknologi. Det var vanskeligt at få den opgave til at passe sammen med de øvrige udviklingsopgaver, og vi besluttede derfor at indgå et erhvervs-ph.d.-samarbejde med DTU for at se, om det kunne bringe os videre,” siger Casper Hededal Svendsen om etableringen af samarbejdet med ph.d.-studerende ved DTU Elektro Kræn Vodder Busk.

Sådan ser det ud, når et containerskib accelererer, uden at Kræn Vodder Busks software er installeret.
Og her ses skorstenen under acceleration på containerskibet, efter at Kræn Vodder Busks software er installeret.

Sort røg kan undgås

Samarbejdet inddrog ikke alene DTU Elektro, hvor forskere har stor viden om automation og kontrol, men også Linköping Universitet, som har eksperter i motorer til biler og lastbiler. Denne forskning tjente som inspiration for Kræn Vodder Busk.

”Skibsmotorer er dog meget anderledes, bl.a. er det totaktsmotorer og ikke firetaktsmotorer, så det var ikke muligt bare at kopiere tilgangen fra bilmotorer. Jeg har i stedet koncentreret mig om at udvikle en ny metode, der passer bedre til skibsmotorer,” forklarer han.

Hvis EGR-teknologien skal virke optimalt, er det afgørende, at der sker en hurtig regulering af motorens ilttilførsel, når skibet accelererer. Hvis det går for langsomt, bliver brændstoffet ikke forbrændt effektivt, hvilket medfører den sorte røg.

Forholdsvis tidligt i ph.d.-forløbet var Kræn Vodder Busk ude at sejle med et stort containerskib for at få en fornemmelse af, hvordan hans forskning i den sidste ende kunne anvendes.

”Jeg fandt ud af, at de daværende akademiske metoder til udvikling af styring af en skibsmotor med EGR-teknologien var for komplekse. Det blev derfor hurtigt klart for mig, at jeg var nødt til at udvikle en simpel model, der kun omfatter den kritiske del af systemet – nemlig iltniveauet i motorens indsugning – som vi ønskede at forbedre,” forklarer Kræn Vodder Busk.

Det lykkedes Kræn Vodder Busk at udvikle en ny software, der kan regulere iltniveauet under kraftig acceleration. Derved skabes de bedste betingelser for en effektiv forbrænding af brændstofferne i skibsmotorer. Teknologien blev testet på adskillige skibsmotorer undervejs i projektet, og her viste det sig hurtigt, at den virkede, så dannelse af både sort røg og NO_x blev undgået, uden at det gik ud over skibets manøvreevne.

Kræn Vodder Busk er i dag ansat som udviklingsingeniør på MAN Diesel & Turbo og er i gang med at implementere den nye software på virksomhedens skibsmotorer. I løbet af foråret 2018 sejler de første skibe på havet med den nye teknologi.