På DTU Nanotech har man udviklet selvrensende og korrosionsbestandige optiske vinduer, som kan modstå høje temperaturer. Det har muliggjort et nyt målesystem til udstødningsgasser. Resultatet er forbedret måling, styring og i sidste ende reduktion af miljøskadelige og giftige udstødningsgasser fra skibe.
Af René Bergmann og Pernille Broen Larsen
I lyset af det kommende regelsæt fra International Marine Organisation (IMO) gøres der på verdensplan en stadig større indsats for at reducere luftforureningen fra skibe, især i kystnære områder. De nye regler omfatter strammere krav til skibsejere for at minimere og overvåge sundhedsskadelige og giftige gasemissioner såsom NOx (NO, NO2) og SOx (SO, SO2) fra deres fartøjer. Disse gasser er kendt for at medvirke til dannelse af syreregn og smog samt forårsage irritation og beskadigelse af åndedrætssystemet hos mennesker.
Forskere fra DTU Nanotech og deres samarbejdspartnere fra erhvervslivet og universiteterne har et fælles slutmål: At give skibsejere et værktøj til pålidelig måling af skibsemissioner i et af de hårdeste miljøer, nemlig direkte i udstødningsgassen fra en skibsdieselmotor.
"Med den nye sensor kan skibsejere dokumentere, at de opfylder reglerne. Samtidig kan oplysningerne om NOx-indholdet i udstødningen bruges til at tilpasse driften af skibsmotorer for at sikre optimal udnyttelse af brændstoffet."
Poul K. Sørensen, teknisk chefkonsulent, Green Instruments A/S
Per H. Rasmussen fra Maersk Maritime Technology udtaler:
”På grund af IMO's regler skal skibsejere have pålidelige værktøjer til at analysere emissionerne. Og den mest pålidelige metode til at overvåge emissionerne er en direkte, løbende analyse af udstødningsgasserne. Endvidere er realtidsmåling af SOx i udstødningsgasserne nu lovpligtig."
Barske forhold kræver innovative løsninger
Udstødningsgasser fra skibe er stærkt forurenet med tonsvis af partikler, når temperaturer på op til 500 °C og kan indeholde ætsende stoffer som svovlsyre. At bygge et robust gasanalysesystem, der kan foretage pålidelige målinger direkte i sådanne barske miljøer, er en stor udfordring.
René Bergmann, forsker på DTU Nanotech, forklarer:
”Ligesom man kigger gennem et vindue, så kigger en gassensor til direkte gasmåling på gassen gennem et optisk vindue og måler dens sammensætning med infrarødt lys. På den måde fungerer vinduet som ”beskyttelsesbriller” for de følsomme sensorelementer."
Normalt kan optiske infrarøde vinduer ikke klare de meget barske forhold i udstødningsgasserne, da forureningen, de høje temperaturer og de ætsende miljøer ødelægger vigtige belægninger på vinduerne. Dette forårsager fejl i aflæsningerne eller totalsvigt af sensorens funktion.
Robust sensor muliggjort af ”beskyttelsesbriller”
På DTU Nano har man udviklet en avanceret form for infrarøde optiske vinduer med nyttige egenskaber. De nye ”beskyttelsesbriller” til de nye multi-gasanalysatorer har tre funktioner, som er opnået gennem en innovativ mikro/nano-modificering af belægningerne og korrekt materialevalg.
- Selvrensende overfladeegenskaber sikrer, at overfladen kræver minimal eller slet ingen rengøring for kontaminering.
- Stor holdbarhed og transmittans selv ved høje temperaturer (op til 500 °C) sikrer funktionaliteten som vindue.
- Høj modstandsdygtighed over for korrosion, så ruderne kan modstå de fleste syrer og baser.
”Disse egenskaber gør vores vinduer overlegne sammenlignet med eksisterende optiske vinduer. Vinduerne vil gøre vores partner Green Instruments A/S i stand til at bygge et revolutionerende multi-gasanalysatorsystem, der kan måle direkte på skibets udstødningsgas,” siger René Bergmann.
Ved at anvende de nye vinduer kører systemet hurtigere, i realtid og mere præcist, hvilket vil afhjælpe store problemer i nuværende sensorsystemer.
”Med den nye sensor kan skibsejere dokumentere, at de opfylder reglerne. Samtidig kan oplysningerne om NOx-indholdet i udstødningen bruges til at tilpasse driften af skibsmotorer for at sikre optimal udnyttelse af brændstoffet,” forklarer Poul K. Sørensen, teknisk chefkonsulent hos Green Instruments A/S.
Første sensorprototype allerede testet
Den første prototype af en gasanalysator med de avancerede beskyttende optiske vinduer er blevet bygget i samarbejde med Green Instruments A/S, DTU Kemiteknik, DTU Compute og IPU. Dette Proof-of-Concept-prototypesystem er for nylig blevet testet på et skib af projektpartneren A.P. Møller-Mærsk A/S. Resultatet af denne test var meget lovende i forhold til den endelige udvikling af det nye multi-gasanalysatorsystem.
Læs flere forskningshistorier i DTU Nanotech's nyhedsbrev "Samples" (på engelsk).