Energiatekniikalla ja innovatiivisella laivasuunnittelulla kohti vähähiilisempää merenkulkua
Päästöttömät alukset ovat tulevaisuutta, mutta maailman laivastoa ei voida uusia samalla sekunnilla, joten ratkaisuja täytyy kehittää myös käytössä oleviin aluksiin. Vaasan yliopiston johtama kolmivuotinen CHEK – deCarbonizing sHipping by Enabling Key technology symbiosis on real vessels concept designs -hanke (2021–2024) näyttää vähähiiliselle merenkululle suuntaa. Sen kehittämissä ratkaisuissa yhdistyvät uudet alusmallit ja tekniikat, joita voidaan asentaa olemassa oleviin aluksiin.
Hankkeen monialainen konsortio kehittää ja tutkii ratkaisuja, jotka parantavat laivojen energiatehokkuutta ja vähentävät hiilidioksidipäästöjä. Näin se tukee kansainvälisen merenkulkujärjestö IMO:n tavoitetta, että merenkulun kasvihuonekaasupäästöt ovat nettomääräisesti nolla vuoden 2050 tienoilla.
– Suurin haaste päästöttömien alusten kehittämisessä ei ole niinkään uusien teknologioiden kehittäminen, vaan jo olemassa olevien, useiden erilaisten teknologisten innovaatioiden integrointi. Tuomalla johtavat innovaatioyritykset yhteen pystymme poistamaan nämä esteet ja kehittämään erittäin mielenkiintoisia synergiaratkaisuja, kertoo CHEK-hankkeen koordinaattori ja Vaasan yliopiston energian ja kestävän kehityksen VEBIC-tutkimusalustan johtaja Suvi Karirinne.
Hankkeelle tunnustusta Euroopan komissiolta
CHEK-konsortiossa on mukana erittäin laaja joukko alan asiantuntijoita, yhteensä 15 tekijää: kaksi yliopistoa sekä varustamoja, luokituslaitos, laivasuunnittelu-, energiateknologia- ja muita pienempiä teknologiayrityksiä. Hanke saa rahoitusta EU:n Horisontti2020-ohjelmasta. Suuressa EU-hankkeessa tärkeää on saumaton yhteistyö, ja Vaasan yliopistolla projektin koordinaattorina onkin tärkeä rooli yhteistyön sujuvoittamisessa.
Yhtään projektia tuskin saadaan maaliin ilman haasteita, mutta tärkeintä on ottaa haasteista opiksi ja kehittyä niiden myötä. CHEK-hankkeessa erityistä on se, että uusia innovatiivisia teknologioita testataan aidossa ympäristössä, eli ne asennetaan ja testataan olemassa olevissa, normaalisti liikennöivissä aluksissa. Tämä on luonut omanlaisia vaatimuksia, sillä projektin toteuttamiseen ovat vaikuttaneet projektin aikataulujen ja resurssien lisäksi laivojen ja telakoiden aikataulut. Koronaepidemia sekä inflaatio ovat omalta osanneet lisänneet haasteita, mutta VEBICin koordinaattoritiimin projektijohtamisen asiantuntijat ovat varmistaneet, että hanke purjehtii eteenpäin tasaisesti.
– Koordinaattorina toimiminen on kehittänyt merkittävästi yliopiston ja VEBICin osaamista laajojen tutkimushankkeiden johtamisessa ja hallinnoinnissa. Tiimimme on konsortiopartnereihin yhteydessä päivittäin, jotta mahdolliset haasteet saadaan ratkaistua mahdollisimman nopeasti, ennen niiden muodostumista isommiksi ongelmiksi. Hanke on meille hieno mahdollisuus tutkia ja edistää raskaan liikenteen ja merenkulun kasvihuonekaasujen vähentämistä ja taistella ilmastonmuutosta vastaan, edistäen samalla alan asiantuntijuutta, Karirinne sanoo.
Uusien kestävien teknologioiden kehittäminen, integroiminen ja käyttöönotto on merkittävä asia jo itsessään. Lisäksi iso hanke luo uutta liiketoimintaa ja työtä hankekumppaneille sekä muualle Euroopan teollisuuteen ja mahdollistaa vihreää talouskasvua alueella.
Pitkäjänteinen työ on saanut myös ansaittua huomiota, sillä hanke sai äskettäin Euroopan komissiolta tunnustuksen panoksesta kestävämpään merenkulkuun. Komissio listasi CHEKin tutkimus- ja innovaatiohankkeen menestystarinaksi (Research and Innovation Project Success Story).
Päästöt kuriin innovatiivisilla ratkaisuilla
Mistä menestyksekkäässä hankkeessa kehitetyissä innovaatioissa on käytännössä kyse? Hankkeessa kehitettyjä teknologioita testataan muun muassa Cargillin irtolastialuksessa, jossa käytetään tuulienergiaa purjetta hyödyntämällä. Lisäksi MSC Cruisesin matkustaja-aluksen alussuunnittelussa on mukana vetykäyttöinen laivamoottori, jota testataan laboratoriossa.
Teknologioiden kehittämisen ja testaamisen lisäksi tärkeässä roolissa on aluksista saatava data. Datan avulla voidaan tehdä johtopäätöksiä siitä, kuinka paljon teknologioiden avulla voidaan säästää polttoaineitta tai parantaa energiatehokkuutta. Innovatiivisia teknologioita yhdistelemällä pystytään vähentämään 99 prosenttia laivan kasvihuonekaasupäästöistä, saamaan jopa 50 prosentin energiasäästö ja vähentämään mustan hiilen päästöjä yli 95 prosenttia.
Uusia teknologioita ei noin vain lisätä laivoihin, vaan hankkeessa kehitetty uusi suunnittelualusta, Future-Proof Vessel (FPV) Design Platform, auttaa ottamaan ne käyttöön fiksusti. Alusta yhdistää uudet teknologiat mahdollisimman hyvin, jotta ne toimivat hyvin yhteen toistensa kanssa. Suunnittelualusta huomioi myös laivojen erilaiset käyttötavat.
Uuden laivasuunnittelumenetelmän avulla kahden testialuksen tuloksia voidaan soveltaa myös muihin alustyyppeihin kuten tankkereihin, konttialuksiin, muihin rahtialuksiin sekä autolauttoihin.
Tuulta purjeisiin ja vetyä moottoreihin
Syksyllä 2023 hankkeessa saavutettiin tärkeä virstanpylväs, kun Cargillin Pyxis Ocean, maailman ensimmäinen tuulipurjeilla varustettu rahtilaiva, lähti matkaan kohti Brasilian Paranaguáa. Tuulivoimaa hyödyntävillä purjeilla alennetaan polttoaineen kulutusta ja hiilidioksidipäästöjä. Vielä on liian aikaista tehdä yksityiskohtaisia johtopäätöksiä kiinteiden purjeiden suorituskyvystä, mutta ensimmäiset testitulokset teknologiasta ovat olleet rohkaisevia.
– Aluksen matkoja seurataan seitsemän kuukauden ajan. Näin saamme mahdollisuuden testaukseen, vikojen korjaamiseen ja oppimiseen sekä keräämiemme tietojen että aluksen miehistöltä saatavan arvokkaan palautteen pohjalta, Karirinne sanoo.
Toinen merkittävä osa hanketta on Wärtsilän uudenlaisen vetykäyttöisen laivamoottorikonseptin kehittäminen. Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat ovat mukana kehittämässä ja suunnittelemassa polttomoottoreiden vetypolttoainejärjestelmän prototyyppiä.
– Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat osallistuvat vetykäyttöisen laivamoottorin ja sen polttoainejärjestelmän kehittämiseen. Tarkoituksena on rakentaa täysimittainen vetymoottoriprototyyppi, jota testataan Vaasassa. Kehitettävä polttoainejärjestelmä mahdollistaa vetykäytön myös Vaasan yliopiston VEBIC-tutkimusalustan polttomoottorilaboratoriossa. Järjestelmä suunnitellaan niin, että se palvelee tarvittaessa myös polttokennoja ja sallii muidenkin kaasujen käyttämisen, kertoo Vaasan yliopiston energiatekniikan professori Seppo Niemi.
Tavoitteena osoittaa teknologioiden hyödyt
Hankkeessa on kehitetty yhteistyökumppanien voimin useita teknologioita, kuten Silverstream Technologiesin ilmavoitelujärjestelmä, HASYTECin ultraäänellä toimivat kiinnittymisenestolaitteilla varustetut runkoprototyypit ja Climeonin hukkalämpöä energiaksi muuntava teknologia. Lisäksi MSC Cruisesin suunnitteleman reittioptimointiteknologian avulla laivayhtiöt voivat suunnitella reittejä, joissa otetaan huomioon ympäristönäkökulmat sekä kaupalliset ja tekniset vaatimukset.
Hankkeessa syntyneitä vihreitä teknologioita on jo otettu käyttöön muuallakin kuin testialuksissa. Irtolasti- ja risteilyaluksiin on asennettu ultraäänellä toimivia kiinnittymisenestolaitteita ja niitä on varustettu reittisuunnittelujärjestelmillä, jotka ottavat huomioon vallitsevat ilmakehä- ja merenkäyntiolosuhteet tehokkaimman kulkureitin tarjoamiseksi.
– Tavoitteenamme on osoittaa integroitujen CHEK-teknologioiden tehokkuus energiatehokkuuden parantamisessa, polttoaineen kulutuksen pienentämisessä ja päästöjen vähentämisessä ennen hankkeen päättymistä, Karirinne sanoo.
Hanke pyrkii osoittamaan tuloksia uusien teknologioiden tehokkuudesta sidosryhmille, jotka ovat kiinnostuneita investoimaan uusiin teknologioihin. Konsortio toteuttaa teknologiakohtaisia työpajoja ja jatkuvaa yhteydenpitoa tärkeimpien sidosryhmien kanssa, ja hankkeeseen sisältyvät vuosien 2030 ja 2050 skenaariot CHEK-teknologioiden käyttöönotosta.
– Hankekumppanit ovat jo olleet yhteydessä potentiaalisiin asiakkaisiin, ja näemme mielenkiintoisia hyödyntämismahdollisuuksia yksittäisten teknologioiden tasolla, Karirinne toteaa.
Vety nostaa päätään
Hankkeen myötä Vaasan yliopiston ja sen VEBIC-tutkimusalustan energiatransitiotutkimus on ottanut suuria askeleita eteenpäin suuntautumalla vaihtoehtoisten polttoaineiden, kuten vedyn, ja niiden moottorikäytön tutkimukseen.
CHEK-hankkeen ansiosta Vaasan yliopistolla on pian täysimittaiset tilat jopa vetykäyttöisten moottoreiden tutkimiseen. Se antaa yliopistolle mahdollisuuden jatkaa uusien moottorityyppien kehittämistä, optimoimaan niitä ja havainnollistamaan vetyyn perustuvaa sähköntuotantoa.
Yliopisto sai myös äskettäin tärkeää lisärahoitusta, kun eduskunnan jakovarasta myönnettiin VEBICille 450 000 euroa vetyinfran kehittämistä varten.
– Määräraha käytetään vetytutkimusympäristön kehittämiseen, ja aivan erityisesti nyt saadulla resurssilla panostetaan vedyn moottorikäytön edellyttämän turvallisen varastointi- ja polttoainejärjestelmän toteuttamiseen. VEBICissä vetytutkimus keskittyy energiajärjestelmätason tutkimukseen, jonka merkitys tulevaisuudessa kasvaa yhdessä uusiutuvan sähköntuotannon määrän kanssa, sanoo Karirinne.
VEBICissä tehtävä tutkimus perustuu yhteistyöhön etenkin Vaasan seudun energiaklusterin yritysten ja muiden tutkimusorganisaatioiden kanssa, joten kehitettävä vetytutkimusympäristö hyödyttää tulevaisuudessa myös Pohjanmaan alueen yrityksiä ja muita toimijoita sekä yliopiston kansainvälisiä sidosryhmiä.
**
CHEK - deCarbonising sHipping by Enabling Key technology symbiosis on real vessel concept designs
Kesäkuussa 2021 alkanut kolmivuotinen CHEK-hanke sai 10 miljoonan euron rahoituksen EU:n Horisontti2020-ohjelmasta. Hankkeessa mukana ovat konsortiota johtavan Vaasan yliopiston lisäksi World Maritime University, Wärtsilä, Cargill, MSC Cruises, Lloyd’s Register, Silverstream Technologies, Hasytec, Deltamarin, Climeon, BAR Technologies ja Yara Marine Technologies.
Vaasan yliopistosta CHEK-hankkeessa ovat mukana Suvi Karirinne, Päivi Haapalainen, Seppo Niemi, Maarit Mäkelä, Carolin Nuortila, Katriina Sirviö, Lauri Nyystilä sekä Karita Luokkanen-Rabetino.
Lisätietoa hankkeesta
Hankesivu (uwasa.fi)
Hankkeen omat verkkosivut