Sikker, klar og i udvikling – teknik til fremtiden med ammoniak

Forfattere – David Jung, forretningsudviklingschef, BU Heat & Gas Systems, Alfa Laval, og Nicoletta Spazzadeschi, procesingeniørchef og specialist i innovation og bæredygtighed, BU Water, Wind & Fuel Solutions, Alfa Laval

"Sikkerhed handler ikke kun om udstyr – det handler om at tænke fremad, forstå, hvad der kan gå galt, og indbygge pålidelighed og beredskab fra starten." – David Jung

"Overgangen til ammoniak kræver en holistisk systemintegration. Vi designer løsninger, der udvikler sig i takt med kravene i den virkelige verden, og sikrer, at alle komponenter fungerer sammen for at opfylde de højeste sikkerheds- og miljøstandarder" – Nicoletta Spazzadeschi

Ammoniak er meget lovende som et kulstoffrit skibsbrændstof – men det medfører meget reelle risici. Det er giftigt, det er ukendt som skibsbrændstof, og distributionsinfrastrukturen er stadig under udvikling. For skibsejere skaber dette et dilemma: hvordan forbereder man sig på et brændstof, der endnu ikke er fuldt defineret?

Hos Alfa Laval mener vi, at svaret ligger i at udvikle systemer, der ikke kun er alsidige og kompakte i designet, men også omfattende i omfang og effektive i udførelsen. I denne anden del af vores ammoniak-blog undersøger vi, hvordan vi forvandler usikkerhed til muligheder – med løsninger, der er bygget til at integrere og fungere, efterhånden som kravene i den virkelige verden udvikler sig.

WinGD Engine Research & Innovation Centre i Winterthur i Schweiz er blevet udstyret specifikt til at håndtere ammoniak – med udstyr til sikker opbevaring, distribution og kontrolleret forbrænding. Det er her, vi tester FCM Ammonia og validerer dets ydeevne med WinGD-motorer.

Vi forbereder os også på at påbegynde forbrændingsforsøg med ammoniak i vores dual-fuel kedelsystem, hvor vi simulerer både termisk energiproduktion og funktionaliteten af ammoniakfrigivelsesbegrænsningssystemet (ARMS) i fuld skala. Dette giver os mulighed for ikke blot at teste med teoretisk simulering, men også at se, hvordan systemerne opfører sig i den nøjagtige konfiguration.

Sikkerhed er højeste prioritet

Ammoniaks toksicitet kræver en lagdelt sikkerhedsstrategi. Hos Alfa Laval har vi indarbejdet dette i alle niveauer af vores ammoniaksystemer – fra brændstofforsyning til udstødningsbehandling.

I december 2023 udsendte IMO sine Interim Guidelines for the Safety of Ships Using Ammonia as Fuel (MSC.1/Circ.1687). Disse retningslinjer afspejler ikke kun ammoniaks potentiale i dekarboniseringen af skibsfarten, men også de alvorlige sundheds- og miljømæssige risici, der er forbundet med brugen heraf. Som IMO klart fastslår:

”Kilder til ammoniakudslip bør minimeres for at reducere sandsynligheden for, at mennesker og miljøet udsættes for ammoniak,” og ”Operationelle gasudslip bør opsamles og håndteres af et egnet ARMS, der skal være i stand til at reducere ammoniakkoncentrationen til under 110 ppm.”

Vores tilgang afspejler disse krav – og går endnu længere. I FCM Ammonia har vi udvalgt komponenter gennem en omfattende screening af materialekompatibilitet for at reducere risikoen for lækage fra starten. Lækagetests og indbyggede sikkerhedsprotokoller giver tidlig advarsel i tilfælde af unormale forhold, mens klare retningslinjer for besætningen understøtter en passende beredskabsindsats.

Vi har også udviklet sikker udluftning som en koordineret proces mellem motoren og FCM-styresystemerne. Restammoniak opsamles i FCM's interne buffer i henhold til motorens udluftningssekvenser. Den resulterende damp, der indeholder ammoniak, ledes til ARMS-løsningen, hvilket sikrer, at der ikke sker ubehandlet udledning, selv under nedlukning eller vedligeholdelse.

ARMS-systemer

FCM-udluftningsbehandlingssystemet

Som nævnt i del 1 har vi integreret et udluftningsbehandlingssystem direkte i FCM, der udfører den samme kernefunktion som et ARMS. Formålet er at fjerne ammoniak fra udluftningsgasser, der ikke må udledes til atmosfæren, ved hjælp af en proces baseret på flertrinsabsorption i vand og andre neutraliserende medier.

Systemet, der oprindeligt blev udviklet til WinGD's ammoniaktestfacilitet, udgør en fleksibel sikkerhedsløsning, der altid er tilgængelig – hvilket er særligt vigtigt under udluftning, opstart og nedlukning, hvor der er størst risiko for udledning af ammoniak.

Selvom systemet kan fungere som en selvstændig enhed, åbner kombinationen med andre ARMS-strategier – såsom det kedelbaserede system – muligheder for redundans, optimering af pladsbehovet og mere effektiv håndtering af ammoniakholdige væskeopløsninger.

ARMS-kedelsystemet

Vores kedel-som-ARMS-design muliggør sikker forbrænding af ammoniakaffaldsgas ved hjælp af eksisterende termisk udstyr om bord. Dette reducerer behovet for dedikeret hardware og giver samtidig kritisk redundans. Med udgangspunkt i erfaringer fra håndtering af LNG-boil-off-gas forbrænder denne tilgang ammoniak i stedet for at absorbere det, hvilket eliminerer risiciene forbundet med udledning af ammoniakholdige væsker i havmiljøet.

Denne løsning afprøves nu på rigtige skibe – herunder verdens første ordre på et marint kedelsystem, der er specifikt designet til forbrænding af ammoniakaffaldsgas.

Integration af begge systemer som et omfattende ARMS

Et af de vigtigste spørgsmål, vi ofte får, er: hvorfor tilbyder vi både vandbaserede og kedelbaserede ARMS-systemer?

Svaret ligger i beredskab og effektivitet – begge dele er afgørende for sikkerhed og driftsdygtighed. De to systemer har hver deres fordele og ulemper, og ved at kombinere dem kan vi levere mere robuste løsninger og samtidig optimere plads og ydeevne.

Kedelsystemet har den fordel, at det allerede findes om bord på mange skibe, især til dampgenerering. Tilføjelse af ARMS-funktionalitet kræver kun beskedent ekstraudstyr – en lille gasventilenhed med begrænset pladsbehov og rørforbindelser. Denne termiske oxidationsmetode undgår generering af flydende affald og muliggør udluftning inden for acceptable ammoniakgrænser.

Kedelsystemet er dog ikke altid umiddelbart tilgængeligt. Kedelsystemets primære funktion er at generere damp, når skibet har et sådant behov. Under en normal sejlads dækkes dette dampbehov ofte via en kedel til genvinding af spildvarme uden forbrænding af brændstof, hvorfor kedlen er i standby. Hvis en pludselig udslip af ammoniak uden varsel skal behandles øjeblikkeligt, er det uundgåeligt, at en del af ammoniakudslippet ikke vil blive forbrændt af kedlen.

Derimod er det vandbaserede system altid tilgængeligt – uden opvarmningstid og med øjeblikkelig neutralisering af ammoniak, når det kommer ind i tanken. Det er enkelt og effektivt. Men det har driftsmæssige ulemper:

• Kræver en ny tank udelukkende til formål at afbøde ammoniakudslip
• Genererer flydende affald (og kemisk affald)
• Der skal tages højde for påfyldning af ferskvand og plads til opbevaringstanke

Ved at kombinere de to systemer får man det bedste fra begge verdener. Det kedelbaserede system kan håndtere alle planlagte udledninger, mens det vandbaserede system fungerer som en pålidelig backup-løsning – hvilket er særligt nyttigt i nødsituationer. Denne hybridkonfiguration muliggør også optimeret tankdimensionering og ferskvandsforbrug.

Redundans er modstandsdygtighed

Inden for sikkerhedsteknik er det ikke en luksus at have to systemer, der uafhængigt af hinanden kan udføre en kritisk funktion – det er modstandsdygtighed.

Denne dobbelte ARMS-tilgang åbner også døre for optimering af pladsbehovet og mere effektivt forbrug af ferskvand, især i skibstyper, hvor plads og ressourcer er stærkt begrænsede. I sidste ende afspejler det vores centrale designfilosofi: forudse fejl, planlæg for succes.

Vi har været på lignende veje før. Vores rejse med ammoniak er baseret på erfaringer fra tidligere brændstofskift – herunder LNG, metanol og alternativer med lavt flammepunkt.

For eksempel bygger vores brug af kedler til forbrænding af ammoniak på mange års erfaring med LNG, hvor afdampningsgas forbrændes sikkert i stedet for at blive udledt. På samme måde indeholder vores FCM Ammonia dynamisk styringslogik, ikke kun til kontinuerlig brændstofforsyning, men også til sikker rensning, opstart og nedlukning – alt sammen kritiske faktorer, når man arbejder med giftige stoffer.

Og med blikket rettet mod fremtiden undersøger vi, hvordan data fra styresystemer og fjernovervågning kan understøtte forebyggende vedligeholdelse og hjælpe besætninger og landbaserede teams med at håndtere risici mere proaktivt.

Opbygning af et stærkt fundament

Hvis du overvejer at skifte til ammoniak, står Alfa Laval klar til at hjælpe – ikke kun med produkter, men også med den viden og support, der gør overgangen til nye brændstoffer gennemførlig.

Vi forstår presset for at dekarbonisere. Vi forstår også risiciene ved at kaste sig ud i det ukendte. Derfor bygger vi med modularitet, sikkerhed og samskabelse i centrum.