Sikkert, klart og i stadig utvikling – ingeniørkunst for fremtiden med ammoniakk

Forfattere – David Jung, forretningsutviklingssjef, BU Heat & Gas Systems, Alfa Laval, og Nicoletta Spazzadeschi, prosessingeniørsjef og spesialist i innovasjon og bærekraft, BU Water, Wind & Fuel Solutions, Alfa Laval

"Sikkerhet handler ikke bare om utstyr – det handler om å tenke fremover, forstå hva som kan gå galt og bygge inn pålitelighet og beredskap fra starten av." – David Jung

"Overgangen til ammoniakk krever helhetlig systemintegrasjon. Vi utvikler løsninger som utvikler seg i takt med virkelighetens krav, og sikrer at alle komponenter fungerer sammen for å oppfylle de høyeste sikkerhets- og miljøstandardene." – Nicoletta Spazzadeschi

Ammoniakk er svært lovende som et karbonfritt drivstoff for skipsfarten – men det medfører også svært reelle risikoer. Det er giftig, det er ukjent som drivstoff for skipsfarten, og distribusjonsinfrastrukturen er fortsatt under utvikling. For rederier skaper dette et dilemma: hvordan forberede seg på et drivstoff som ennå ikke er fullt ut definert?

Hos Alfa Laval mener vi at svaret ligger i å utvikle systemer som ikke bare er allsidige og kompakte i utformingen, men også omfattende i omfang og effektive i utførelsen. I denne andre delen av bloggen vår om ammoniakk utforsker vi hvordan vi forvandler usikkerhet til muligheter – med løsninger som er bygget for å integreres og fungere etter hvert som kravene i virkeligheten utvikler seg.

WinGD Engine Research & Innovation Centre i Winterthur i Sveits er spesielt utstyrt for å håndtere ammoniakk – med utstyr for sikker lagring, distribusjon og kontrollert forbrenning. Det er her vi tester FCM Ammonia og validerer ytelsen med WinGD-motorer.

Vi forbereder oss også på å starte forbrenningstester av ammoniakk i vårt dual-fuel-kjelesystem, der vi simulerer både termisk energiproduksjon og funksjonaliteten til ammoniakkutslippsbegrensningssystemet (ARMS) i full skala. Dette gjør at vi ikke bare kan teste med teoretisk simulering, men også hvordan systemene oppfører seg i den eksakte konfigurasjonen.

Sikkerhet er topp prioritet

Ammoniakkens giftighet krever en lagdelt sikkerhetsstrategi. Hos Alfa Laval har vi integrert dette i alle nivåer av våre ammoniakksystemer – fra drivstofftilførsel til eksosbehandling.

I desember 2023 utstedte IMO sine Midlertidige retningslinjer for sikkerheten til skip som bruker ammoniakk som drivstoff (MSC.1/Circ.1687). Disse retningslinjene gjenspeiler ikke bare ammoniakkens potensial for å avkarbonisere skipsfarten, men også de alvorlige helse- og miljørisikoene forbundet med bruken av det. Som IMO klart uttrykker:

«Kilder til ammoniakkutslipp bør minimeres for å redusere sannsynligheten for at mennesker og miljøet utsettes for ammoniakk», og «Operasjonelle gassutslipp bør samles opp og håndteres av et egnet ARMS-system som skal være i stand til å redusere ammoniakkonsentrasjonen til under 110 ppm.»

Vår tilnærming gjenspeiler disse kravene – og går utover dem. I FCM Ammonia har vi valgt komponenter gjennom en grundig screening av materialkompatibilitet for å redusere risikoen for lekkasje fra starten av. Lekkasjetester og innebygde sikkerhetsprotokoller gir tidlig varsling i tilfelle unormale forhold, mens tydelige retningslinjer for mannskapet støtter riktig beredskap.

Vi har også utviklet sikker rensing som en koordinert prosess mellom motoren og FCM-kontrollsystemene. Restammoniakk gjenvinnes i FCMs interne buffer i henhold til motorens rensesekvenser. Den resulterende dampen som inneholder ammoniakk ledes til ARMS-løsningen, noe som sikrer at det ikke skjer noe ubehandlet utslipp selv under nedstengning eller vedlikehold.

ARMS-systemer

FCM-ventilasjonsbehandlingssystemet

Som nevnt i del 1 har vi integrert et ventilasjonsbehandlingssystem direkte i FCM som utfører den samme kjernefunksjonen som et ARMS. Formålet er å fjerne ammoniakk fra ventilasjonsgasser som ikke kan slippes ut i atmosfæren, ved hjelp av en prosess basert på flertrinns absorpsjon i vann og andre nøytraliserende medier.

Systemet ble opprinnelig utviklet for WinGDs ammoniakk-testanlegg og tilbyr en fleksibel sikkerhetsløsning som alltid er tilgjengelig – noe som er spesielt viktig under rensing, oppstart og nedstengning, når det er størst sannsynlighet for utslipp av ammoniakk.

Selv om systemet kan fungere som en frittstående enhet, åpner kombinasjon med andre ARMS-strategier – som det kjele-baserte systemet – for muligheter for redundans, optimalisering av fotavtrykk og mer effektiv håndtering av ammoniakkholdige væskeløsninger.

ARMS-kjelesystemet

Vår «boiler-as-ARMS»-design muliggjør sikker forbrenning av ammoniakkavfallsgass ved hjelp av eksisterende termisk utstyr om bord. Dette reduserer behovet for dedikert maskinvare samtidig som det gir kritisk redundans. Basert på erfaring fra håndtering av LNG-avdampningsgass forbrenner denne tilnærmingen ammoniakk i stedet for å absorbere den, noe som eliminerer risikoen forbundet med utslipp av ammoniakkholdige væsker i det marine miljøet.

Denne løsningen blir nå testet på ekte skip – inkludert verdens første bestilling av et marint kjelesystem spesielt designet for forbrenning av ammoniakkavfallsgass.

Integrasjon av begge systemene som et omfattende ARMS

Et av de viktigste spørsmålene vi ofte får, er: hvorfor tilby både vannbaserte og kjele-baserte ARMS-systemer?

Svaret ligger i beredskap og effektivitet – begge avgjørende for sikkerhet og driftssikkerhet. De to systemene har hver sine fordeler og ulemper, og ved å kombinere dem kan vi levere mer robuste løsninger samtidig som vi optimaliserer plass og ytelse.

Kjelesystemet har fordelen av å allerede være til stede om bord på mange fartøy, spesielt for dampgenerering. Å legge til ARMS-funksjonalitet krever bare beskjedent tilleggsutstyr – en liten gassventilenhet med begrenset fotavtrykk og rørforbindelser. Denne termiske oksidasjonsveien unngår å generere flytende avfall og muliggjør utlufting innenfor akseptable ammoniakkgrenser.

Kjelesystemet er imidlertid ikke alltid umiddelbart tilgjengelig. Kjelesystemets primære funksjon er å generere damp når skipet har behov for det. Under en normal seilas dekkes dette dampbehovet ofte via en spillvarmegjenvinningskjele, uten forbrenning av drivstoff, og derfor står kjelen i beredskap. Hvis en plutselig utslipp av ammoniakk uten forvarsel må behandles umiddelbart, er det uunngåelig at en del av ammoniakkutslippet ikke blir forbrent av kjelen.

Derimot er det vannbaserte systemet alltid tilgjengelig – uten oppvarmingstid og med umiddelbar nøytralisering av ammoniakk når den kommer inn i tanken. Det er enkelt og effektivt. Men det har driftsmessige avveininger:

• Krever en ny tank utelukkende for å redusere ammoniakkutslipp
• Genererer flytende avfall (og kjemisk avfall)
• Påfylling av ferskvann og plass til oppbevaringstanker må tas med i beregningen

Å kombinere de to systemene gir det beste fra begge verdener. Det kjele-baserte systemet kan håndtere alle planlagte utslipp, mens det vannbaserte systemet fungerer som en pålitelig reserveløsning – spesielt nyttig i nødsituasjoner. Denne hybridkonfigurasjonen muliggjør også optimalisert tankdimensjonering og ferskvannsforbruk.

Redundans er robusthet

Innen sikkerhetsteknikk er det ikke en luksus å ha to systemer som uavhengig av hverandre kan utføre en kritisk funksjon – det er robusthet.

Denne doble ARMS-tilnærmingen åpner også for optimalisering av fotavtrykket og mer effektiv bruk av ferskvann, særlig i skipstyper der plass og ressurser er svært begrenset. I siste instans gjenspeiler det vår kjernefilosofi for design: forutse feil, planlegg for suksess.

Vi har vært på lignende veier før. Vår reise med ammoniakk er basert på erfaringer fra tidligere drivstoffoverganger – inkludert LNG, metanol og alternativer med lavt flammepunkt.

For eksempel bygger vår bruk av kjeler til forbrenning av ammoniakk på mange års erfaring med LNG, der avdampningsgass forbrennes på en sikker måte i stedet for å slippes ut. På samme måte inneholder vårt FCM Ammonia dynamisk kontrollogikk, ikke bare for kontinuerlig drivstofftilførsel, men også for sikker rensing, oppstart og nedstengning – alt dette er avgjørende når man arbeider med giftige stoffer.

Og med blikket rettet mot fremtiden utforsker vi hvordan data fra kontrollsystemer og fjernovervåking kan støtte forebyggende vedlikehold, og dermed hjelpe mannskap og landteam med å håndtere risiko mer proaktivt.

Å bygge et sterkt fundament

Hvis du vurderer å ta i bruk ammoniakk, står Alfa Laval klar til å hjelpe – ikke bare med produkter, men også med innsikt og støtte som gjør overgangen til nytt drivstoff gjennomførbar.

Vi forstår presset for å redusere karbonutslippene. Vi forstår også risikoen ved å kaste seg ut i det ukjente. Derfor bygger vi med modularitet, sikkerhet og samskaping i sentrum.