Orkuskipti skipaflotans – Innlent ammoníak

Grein/Linkur: Talið er að hægt verði að keyra nær öll skip á Íslandi með innlendu ammoníaki í náinni framtíð

Höfundur: Hörður Kristjánsson

Heimild: 

.

Mikið er talað um orkuskipti á Íslandi og gjarnan eru þá hafðar uppi hástemmdar yfirlýsingar um mikilvægi þess, en sjaldnast rætt hvað þarf til að láta það raungerast.Samkvæmt nýjustu útreikn­ingum þarf í það minnsta að tvöfalda raforkuframleiðslu á Íslandi á næstu 18 árum. Gallinn er að þeir sem hæst hrópa um orkuskipti og það strax, berjast líka hart gegn frekri uppbyggingu orkuvera í landinu. Orðræðan einkennist því mjög af þversögnum og vanþekkingu. Samt er ljóst að Íslendingar eiga betri möguleika, m.a. til orkuskipta skipaflotans, en margar aðrar þjóðir í heiminum.

Samkvæmt nýrri vefsíðu, orkuskipti.is, sem verkfræðistofan Efla stendur að ásamt Samtökum iðnaðarins, Landsvirkjun og Samorku, snýst áskorunin um að losa Íslendinga við innkaup á um milljón tonnum af jarðefnaeldsneyti. Flugið er stærsti notandinn með um 52% af notkuninni, þá koma skip með 26%, vinnuvélar og stærri tæki með 15% og bílar eru einungis með 7% af notkuninni.

Orkuskipti í sjávarútvegi og flutningum á sjó er stórmál út af fyrir sig og víða er nú unnið að tæknilausnum til að gera slíkt að veruleika. Í öllum tilvikum, m.a. með notkun á rafeldsneyti, eru lausnirnar sem um er rætt enn sem komið er fjárhagslega mun óhagkvæmari en áframhaldandi notkun olíu. Bent hefur verið á að mikill árangur hafi þegar náðst á undanförnum árum með endurnýjun skipa og sparneytnari vélum.

Munu stjórnmálamenn standa við stóru orðin?

Í stjórnarsáttmála ríkisstjórnar Íslands segir m.a.:

„Markmiðið er að Ísland nái kolefnishlutleysi og fullum orkuskiptum eigi síðar en árið 2040 og verði þá óháð jarðefnaeldsneyti.“

Í þessu hlýtur að felast að ætlunin sé að auka hér raforkuframleiðslu

af meiri krafti en nokkru sinni.

Raforkuuppbyggingin á Íslandi hefur að mesti verið framkvæmd á síðustu 60 til 65 árum. Samkvæmt stjórnarsáttmála höfum við einungis 18 ár til að byggja upp jafn mikla framleiðslugetu og gert hefur verið á síðustu 65 árum með nærri 20 terawattstunda framleiðslugetu á ári.

Kárahnjúkavirkjun getur framleitt um 4,8 terawattstundir árlega. Framleiðsluaukningin þarf í það minnsta að nema sem svarar fjórum Kárahnjúkavirkjunum. Þá hljóta menn að spyrja, hvernig ætla yfirlýsingaglaðir stjórnmálamenn að standa við slík áform „á 18 árum“, – eða eru þau bara bull út í loftið?

Trygg yfirráð Íslendinga yfir orkuauðlindunum skiptir höfuðmáli

Það mun skipta öllu máli fyrir þjóðina hvernig haldið verður á stjórn orkumála á Íslandi á komandi árum. Eftirspurn mun augljóslega stóraukast á grænni raforku á Íslandi, ekki síst vegna orkuskipta.

Ef stjórnvöldum tekst ekki að stýra þessu með hag almennings að leiðarljósi gæti hæglega skapast skortstaða á markaðnum.

Afleiðingarnar yrðu hrikalegar með margföldun orkuverðs eins og dæmin sanna nú í Evrópu. Innkoma óþarfa milliliða á íslenskan raforkumarkað, eins og með innleiðingu svonefndra „smartmæla“, mun líklega aðeins auka orkukostnað almennra neytenda.

Þetta kerfi er mjög dýrt og umdeilt um allan heim.

Skipaútgerðir neyðast til að fylgja straumnum

Þar sem ríki heims hafa að stærstum hluta sammælst um stefnu um að draga stórlega úr, eða hætta notkun jarðefnaeldsneytis á næstu áratugum, þá verða skipaútgerðir að fylgja þeirri línu hvort sem þeim líkar það betur eða verr. Skiptar skoðanir eru þó um leiðir.

Fyrir utan að nota lífrænt gas, eða blandað lífeldsneyti, er helst rætt um að knýja skip framtíðarinnar með raforku, vetni, metanóli, etanóli eða ammoníaki. Allt eru þetta öflugir orkumiðlar, en misdýrir í framleiðslu og misjafnlega hættulegir í meðförum.

Etanól (C2H5OH) eða öðru nafni alkóhól, er þægilegast og hættuminnst í meðhöndlun af öllum þessum efnasamböndum, fyrir utan hreint rafmagn, og vel þekkt neysluvara. Það er samsett úr samtals sex vetniseindum, tveim kolefniseindum og einni súrefniseind. Gallinn er að framleiðsla á því sem eldsneyti í stórum stíl hefur þann ókost að vera í mjög harðri samkeppni við matvælaframleiðslu. Hráefnið sem til þarf er oftast korn eða sykurreyr.

Metanól (CH3OH -Methyl alkóhól) er annað alkó­hólsamband sem er betur þekkt sem tréspíri og er eitrað og tærandi efni. Metanól er aðeins einfaldara alkóhól en etanól og er samsett af fjórum vetniseindum og einni kolefniseind og einni súrefniseind. Orkuþéttni metanóls er 20,1 MJ/kg (Megajúl á kíló). Báðir þessir alkóhóltengdu orkumiðlar hafa þó þann kost að vera í fljótandi formi við stofuhita. Ókostirnir eru þó þeir að bæði etanól og metanól innihalda kolefni sem losnar við bruna.

Vetni (H) er einfaldasta og hreinasta afurðin sem hægt er að búa til með rafgreiningu á vatni. Við bruna verður einungis til hrein vatnsgufa. Það er eðlislega mjög létt og því þarf að þjappa því og kæla mjög mikið til að rúmtak þess verði ekki allt of mikið. Vetni er líka notað til að búa til rafeldsneyti.

Ammoníak (NH3) er búið til úr þrem vetniseindum og einni nitur, eða köfnunarefnis­ eind. Orkuþéttni ammoníaks er 18,6 MJ/kg, eða aðeins minni en metanóls.Til samanburðar er liþíum jóna rafhlaða (lithium­ion) aðeins með raunorkuþéttni upp á nærri 0,5 MJ/kg og fræðilega mest 1,5 MJ/kg samkvæmt tölum frá Bandaríkjunum.

Ekkert kolefni er í ammoníaki og losnar því ekkert CO2 við bruna þess. Þá er líka hægt að nota ammoníak sem eldsneyti í vetnis­efnarafala, en það er ekki eins rúmfrekt í flutningum og hreint vetni.

Ammoníak sagt hagstæðast endur­nýjanlegra orkugjafa fyrir skip

Lífrænt kolefnishlutlaust metangas er samkvæmt útlistun Mærsk Mc­ Kinney Møller (MMM) Center for Zero Carbon Shipping, dýrast fyrrnefndra orkumiðla í framleiðslu. Þá kemur metanól sem framleitt er með endurnýjanlegri orku og síðan vetni, en ammoníak er ódýrast af þessum fjórum orkumiðlum í framleiðslu. Samkvæmt gögnum CSIRO (The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization í Ástralíu), er ammoníak hagstæðara í notkun sem eldsneyti en hreint vetni og einnig hagstæðara en metanól þar sem það veldur ekki kolefnislosun.

Ammoníak er ekki jafn eldfimt og kolefnisrafeldsneyti, en það er samt eitrað efni og hættulegt í meðförum. Mikil reynsla er þó fyrir hendi við framleiðslu og meðhöndlun á ammoníaki sem kælimiðli í frystivélar og í áburðarframleiðslu. Áburðarframleiðandinn YARA segir að áratuga góð reynsla sé t.d. komin á meðhöndlun þeirra og flutninga á ammoníaki. Þar sem ammoníak er eitt af algengustu efnunum í efnaiðnaði, til dæmis við áburðarframleiðslu, eru innviðir þegar til staðar víða um heim til framleiðslu og geymslu ammoníaks. Heimsframleiðslan er um 185 milljónir tonna og að stærstum hluta flutt um heimshöfin með skipum.

Íslenskt fyrirtæki, Green Fuel, undirbýr ammoníakframleiðslu fyrir íslenska skipaflotann

Fyrirtækið Green Fuel, vinnur að undirbúningi á framleiðslu á ammoníaki hér á landi í áföngum. Telja forsvarsmenn þess að hægt sé að leysa orkuþörf alls íslenska skipflotans með slíku eldsneyti sem framleitt yrði hér á landi líklega að undanskildum minnstu bátunum.

Breska félagið Atome á hlut í Green Fuel og mun verða bakhjarl íslenska fyrirtækisins. Kemur það inn í Green Fuel með fjármagn, reynslu og mikla þekkingu. Atome er skráð á hlutabréfamarkaði í London og er að þróa og byggja upp vetnis- og ammoníakframleiðslu með endurnýjanlegri orku, m.a. í Paragvæ.

Til að framleiða ammoníak sem dygði á allan íslenska skipaflotann þyrfti virkjun með nærri því jafn mikið afl og fæst út úr Kárahnjúkavirkjun. Það myndi síðan draga úr losun skipaflotans sem nemur um 750.000 tonnum af CO2 á ári.

Skipafélagið Maersk telur ammoníak mjög álitlegan kost

A.P. Moller – Maersk er einn samstarfsaðila Copenhagen Infrastructure Partners (CIP), sem hefur áform um að reisa stærstu „grænu“ ammoníaksverksmiðju Evrópu nærri Esbjerg í Danmörku. Orkan til framleiðslunnar verður framleidd með vindmyllum.

Samkvæmt tölum skipafélagsins Maersk er heildarrekstrarkostnaður skipafélaga við notkun áðurnefndra endurnýjanlegra eldsneytistegunda sagður lægstur með því að nota ammoníak. Niðurstaða Maers er að ammoníak sé líklegt til að spila stórt hlutverk við að komast niður í núll í losun gróðurhúsalofttegunda (skipa) 2050.

Aðrar eldsneytistegundir af þessum toga eins og lífeldsneyti, sem framleiddar eru að hluta með jarðefnaeldsneyti, eru þó enn mun ódýrari en leysa ekki allan vandann varðandi losun CO2.

Fjöldi fyrirtækja og stofnana vinna að lausn með notkun ammoníaks

Í fundaröð Global Marietime Forum í sumar voru frummælendur frá Marine & Offshore, Loyd‘s, Samsung (skipadeild), Castor initiative, MIN solutions og áburðar- og ammoníkframleiðandanum YARA. Allir ræddu þessir frummælendur um mikilvægi þess að fullmóta regluverkið svo nota megi ammoníak sem eldsneyti á skip í framtíðinni. Tæknilausnir og regluverk er talið verða tilbúið fyrir lok árs 2024 og skip geti verið komin í notkun fyrir 2030.

Castor initiative er sameiginlegt félag í eigu lloyd‘s Register, Samsung Heavy Industries, MISC/ AET. Það stefnir á að vera tilbúið með fyrsta ammoníaksknúna „tvinnorku“ tankskipið til notkunar síðla árs 2025 og annað snemma á árinu 2026.

Þá hafa 24 norræn fyrirtæki og stofnanir snúið bökum saman um að þróa nýtingu á ammoníaki sem eldsneyti fyrir ferjur og önnur farþegaskip.

Wärtsilä smíðar skipavél fyrir ammoníak

Finnski vélaframleiðandinn Wärtsilä og skipafyrirtækið Grieg Edge vinna nú í sameiningu við smíði á ammoníaksknúnu tankskipi sem hleypa á af stokkunum 2024. Verkefnið gengur undir heitinu „The MS Green Ammonia project „ og er afrakstur norrænnar samvinnu um losunarfríar lausnir í skipum. Norski fjárfestingasjóðurinn Pilot-E leggur m.a. 46,3 milljónir evra í þetta verkefni. Þá setti Evrópusambandið í gegnum Horizon Europe rannsóknarsjóðinn 10 milljónir evra fyrr á þessu ári til að flýta þessari þróunarvinnu Wärtsilä. Er þar bæði verið að þróa tvígengis- og fjórgengis ammoníaksvélar í skip.

Wärtsilä kynnti þessi áform sín í júlí 2020 og hófust tilraunir við notkun á ammoníaki í fjögurra strokka breyttri dísilvél í skip í Stord í Noregi í ársbyrjun 2021.

Verkefni Wärtsilä er komið vel á veg og hófst tilraunakeyrsla á fjölorkuvélbúnaði í júní 2021. Með því að blanda 80% af ammoníaki saman við dísilolíu minnkaði kolefnisútblástur vélarinnar um 60%, sem er meira en markmið IMO (International Maritime Organization) gengur út á að ná fyrir árið 2050.

Á næsta ári, 2023, reikna sérfræðingar Wärtsilä með að vera komnir með vél fyrir skip sem getur keyrt á hreinu ammoníaki og losar þá ekkert CO2. Wärtsilä hefur líka sýnt fram á góðan árangur af notkun á vetni og metanóli í slíkum tilraunum.

Verkefnið skiptir sköpum í skipaflutningum

„Ammoníak sem eldsneyti er mjög góður kostur, sérstaklega fyrir siglingar á úthafinu,“ segir Hans Anton Tvete, verkefnisstjóri rannsóknar og þróunar hjá DNV.

Dr. Paolo Sementa og dr. Cinzia Tornatore hjá CNR (Institute of Sciences and Technologies for Sustainable Energy and Mobility) taka í sama streng í grein á vefsíðu Wärtsilä.

„Ammoníak er mjög líklegur arftaki olíunnar til að ná verulegum árangri í að minnka losun kolefnis og annarra gróðurhúsalofttegunda í siglingum. Þetta metnaðarfulla verkefni mun skipta sköpum er varðar umhverfisáhrif í skipaflutningum.“

Vélaframleiðandinn MAN smíðar vél fyrir ammoníak

Þýski vélaframleiðandinn MAN vinnur að þróun fjölorku tvígengisvéla fyrir skip.

Verkefnið hófst 2019 og markmiðið er að vél sem gengur fyrir ammoníaki verði tilbúin á markað snemma árs 2024.

Í kjölfarið er hugmyndin að bjóða upp á pakka þegar á árinu 2025 sem miðar að breytingum á dísilvélum sem þegar eru í notkun svo hægt sé að brenna í þeim ammoníaki. Einnig þarf þá að setja upp sérstaka tanka og búnað til átöppunar á ammoníaki.

Orkuskipti á Íslandi er risavaxið mál

Af umræðunni í þjóðfélaginu, jafnvel hjá stjórnmálamönnum sem vilja láta taka sig alvarlega, mætti samt ætla að orkuskipti sé lítið sætt gæluverkefni, sem leysa megi með huggulegum heimarafstöðvum og umframorku í raforkukerfinu. Allt slíkt tal er fjarri veruleikanum.

Raforkuspá orkuspárnefndar fyrir tímabilið 2021 til 2060 telur að tvöfalda þurfi raforkuframleiðsluna á þessu tímabili og ríflega það. Nýjustu tölur sýna að þessi spá felur í sér töluvert vanmat.

Líklegra er að auka þurfi núverandi raforkuframleiðslu úr 20 terawattstundum í 44 terawattstundir á ári til að halda uppi núverandi lífskjörum í landinu.