Maailmankaupasta 90 prosenttia kulkee vesiteitse: merenkulun ilmastotyö alkaa laivojen kulutuksen ja polttoaineen ratkaisemisesta

Artikkelit
VTT
Ship in arctic conditions going through icy waters

​Merenkulun ilmastotavoitteissa on ihan ensiksi katsottava alusten energiataloutta. Päästöjen vähentämiseksi on paljon keinoja, mutta ne kaikki pitää ottaa myös käyttöön. Teknologia ja keksinnöt tarjoavat mahdollisuuksia haasteiden selättämiseksi. 

Merialalla on edessään iso urakka hillitä kasvihuonepäästöjä ja lähipäästöjä. YK:n alainen IMO tavoittelee päästöjen puolittamista vuoteen 2050 mennessä. Samalla laivat ovat elintärkeitä ihmisten ja tavaroiden liikkumiselle: maailmankaupasta 90 prosenttia kulkee vesiteitse. 

Päästöjen valvonta on jo tiukentunut. Tammikuussa voimaan tulevat IMO:n uudet säännöt suitsivat rikin, typen ja muiden hiukkasten päästöjä puhtaammilla polttoaineilla ja erilaisilla jälkikäsittelylaitteilla, kuten rikkipesureilla.

Tilanne on siis kaikille osapuolille erittäin haastava. Alusten tehontuottoa on pystyttävä muuttamaan radikaalisti ja siihen liittyvät ratkaisut edellyttävät uusia innovaatioita ja investointeja. Toisaalta laivat tarvitsevat riittäviä konetehoja, jotta turvallinen liikennöinti kyetään takaamaan vaikeissakin oloissa.

Jyrki Mikkola ja Johannes Hyrynen.
– Polttoaineiden ja käyttövoiman ohella alusten suunnittelussa pitää kiinnittää entistä enemmän huomiota energiankulutukseen vaikuttaviin tekijöihin, sanoo VTT:n Liikkuminen ja ajoneuvot (eng. Mobility) -tutkimusalueen johtaja Johannes Hyrynen (oik.).

– Vetykaasu sopii isohkot laivueet omistaville, paikallisesti tai säännöllisillä reiteillä toimiville varustamoille, tutkija Jyrki Mikkola (vas.) selostaa.

Kaikki keinot pitää ottaa käyttöön

VTT:n Liikkuminen ja ajoneuvot (eng. Mobility) -tutkimusalueen johtaja Johannes Hyrynen sanoo, että kaikki keinot on käytettävä ilmastotavoitteisiin yltämiseksi. Aivan ensiksi hän painottaa vaihtoehtoisia polttoaineita.

– Uusiutuvalla energialla tuotettu sähkö ja vety ovat erittäin lupaavia meripolttoaineita. Myös biopolttoaineilla ja synteettisillä polttoaineilla on tulevaisuus edessään. Polttomoottorista ei voida ainakaan lyhyellä tähtäimellä kokonaan luopua laivoilla, ihan jo turvallisuussyistä. Koneet kehittyvät koko ajan vähäpäästöisemmiksi, Hyrynen sanoo.

Jo nyt kovaa vauhtia yleistyvä LNG eli nesteytetty maakaasu on oikean suuntainen ratkaisu. Vaikka sen hiilidioksidipäästöt ovat vähäisemmät kuin perinteisten polttoaineiden, se on edelleen fossiilinen polttoaine ja pitkällä tähtäyksellä muitakin ratkaisuja on tuotava markkinoille.

Rakenteita kehitetään laivalaboratorion altaassa

Hyrysen mielestä laivapropulsiossa ja potkurilaitteissa riittää myös kehitettävää. Uusien potkurikonseptien hyötysuhteet voivat olla merkittävästi korkeampia kuin perinteisten. Muitakin laivojen kulkemista tehostavia ratkaisuja on jo tuotu markkinoille. Hyvä esimerkki on suomalaisen Norsepowerin roottoripurje, joka on jo osoittanut, että apuenergiana tuulivoima säästää polttoainetta ja sitä kautta vähentää päästöjä.

– Polttoaineiden ja käyttövoiman ohella alusten suunnittelussa pitää kiinnittää entistä enemmän huomiota energiankulutukseen vaikuttaviin tekijöihin. Laivalaboratorion altaassa mekin teemme kokeellista hydrodynamiikan tutkimusta sekä vaativaa teoreettista mallinnusta erilaisista potkurien ja laivojen runkojen muodoista. Näissä laivan käyttäytyminen aallokossa ja vedestä aiheutuvan vastuksen määrittäminen ja minimoiminen ovat ratkaisevia.

Energian kulutuksen optimoimiseksi on meneillään yritysten, tutkimuslaitosten ja yliopistojen yhteishankkeita. Esimerkiksi INTENS-hankkeen tavoitteena on vahvistaa digitaalista muutosta ja integroida se osaksi koko meriklusterin arvoketjua tutkimus- ja kehitystyöstä, suunnittelusta ja tuotannosta aina alusten operointiin asti. Kehitettävät uudet ratkaisut parantavat alusten energiatehokkuutta ja vähentävät päästöjä. Samalla muodostuu uusia alaa mullistavia toimintatapoja ja liiketoimintamahdollisuuksia.

Jatkossa kehityskohteena on yhdistää laivan operointiin liittyvän ohjailusimulaattorin ja energiasimulaattorin toiminnot siten, että operoinnin vaikutusta aluksen energiatehokkuuteen voidaan tarkastella saman alustan avulla.

Edelleen Hyrynen näkee mahdollisuuksia alusten navigoinnin kehittämisessä sekä reitityksen tehostamisessa automaation, tekoälyn ja itseohjautuvien alusten kautta. Merenkulun digitalisoituminen varmasti vähentää päästöjä kuljetusten kokonaislogistiikkaan liittyvien vaikutusten kautta.

Vety mahdollistaa laivan sähköistämisen siellä, missä akku ei vielä riitä

Tutkija Jyrki Mikkola koordinoi EU:n rahoittamaa FLAGSHIPS -hanketta, jossa kehitetään vedyn käyttöä polttoaineena erilaisissa alustyypeissä. Mukana on norjalainen yhteysalus ja ranskalainen puskuhinaaja sekä Suomesta VTT:n lisäksi ABB.

Ranskalainen alus tulee Lyoniin apualukseksi CFT-varustamon käyttöön. Toinen vetylaiva valmistuu Norled-laivayhtiölle osaksi Stavangerin julkista liikennejärjestelmää. Laivoista tulee osa varustamoiden päivittäistä liiketoimintaa. Kuten VTT on ennenkin painottanut, juuri varustamot ovat avainasemassa tällaisissa hankkeissa.

– Norjalaiset tuottavat vetyä vesivoimalla ja tässä tapauksessa se mahdollistaa aluksen sähköistämisen. Aluksen polveileva reitti, pitkä päivittäinen ajoaika ja kireä aikataulu ovat yhdistelmä, jossa akut eivät ole enää mahdollinen ratkaisu. Ranskassa taas alus liikennöi joella keskellä Lyonin kaupunkia ja voi olla, että Ranska kieltää jo hyvinkin pian kaupunkien keskustojen raskaan liikenteen ilmanlaatusyistä, Mikkola aprikoi ja lisää, että vedyn hyödyntäminen monipuolisena energiankantajana on tällä hetkellä eräs EU:n lempiaiheita.

Vetypolttoaineen päästöt ovat vettä ja lämpöä

Vety on yksi jo nyt tarjolla oleva keino lisätä uusiutuvan sähkön tuotannon joustavuutta. Vetyä voidaan tuottaa pilkkomalla vettä sähkön avulla vedyksi ja hapeksi, jotka molemmat ovat käypää kauppatavaraa. Näin uusiutuvan sähkön tuottaja voisi siis matalan sähkön hinnan aikaan tehdä sähköstään vetyä ja myydä sen, vaikka teollisuuden raaka-aineeksi tai nollapäästöiseksi liikennepolttoaineeksi. Jälkimmäisestä saatava hinta on oletettavasti monin verroin edellisestä saatavaa parempi.

– Laivoilla vety hapetetaan polttokennossa niin, että syntyy sähköä, jolla pyöritetään vaikka potkureita. Vetypolttoaineen päästöt ovat vettä ja lämpöä, Mikkola kertoo.

Polttokennosta hän huomauttaa myös, että kyseessä on pieni käännöskummajainen.

– Muilla kielillä laite on polttoainekenno, koska ei siellä mitään perinteisessä mielessä liekin kanssa pala vaan kyse on sähkökemiallisesta hapettumisesta. Näiden valmistusta ei ole Suomessa, vaan lähin valmistaja löytyy Ruotsista. Sikäläisen PowerCellin kanssa meilläkin on tiivistä yhteistoimintaa.

EU:n FLAGSHIPS-projektin lisäksi VTT:llä on toinen EU-hanke merentutkimusalus Arandalla. VTT:llä rakennetaan Arandalle apuvoimalaksi tulevaa vetykäyttöistä polttokennolaitosta.

– Aranda on tosi haastava paikka. Polttokennovoimala rakennetaan jälkiasennuksena ja vieläpä kannelle, jossa se on alttiina kaikille mahdollisille sääoloille. Mutta jos vetyvoimala toimii Arandalla, saadaan sillä varmasti nollapäästöistä sähköä kaikille muunkin tyyppisille laivoille, Mikkola sanoo.

Jaa