Store skip, som containerskip, bulkskip og tankskip bruker store mengder energi – og står for tilsvarende klimautslipp.
Men nye drivstoff, som hydrogen og ammoniakk er ikke så lett å ta i bruk per i dag. Nullutslippsløsninger som elektrifisering er heller ikke så lett tilgjengelig for de største skipene. Derfor ser mange redere på verdens eldste «drivstoff»; seil, som den enkleste løsningen.
Dette er de moderne seilsystemene:
Det finnes mange forskjellige type seilsystemer. De mest vanlige i dag er rotorseil, vingeseil og sugeseil.
Et rotorseil er en stor sylinder som roteres drivet av en motor. Når vinden interagerer med rotorseil øker det hastigheten på den ene siden og senker den på den andre siden – det skaper en trykkdifferanse, som resulterer i en kraft (Magnuseffekt) som bidrar til skipets framdrift.
Et vingeseil ligner i prinsippet en flyvinge. Formen på både flyvingen og vingeseilet er utformet slik at vindhastigheten blir høyere på den ene siden, enn den andre. Dette skaper igjen en trykkdifferanse – noe som gir flyene oppdrift. På et skip monteres derimot vingene vertikalt, slik at trykket i stedet driver båten framover.
Vingeseilene kan også kombineres med en vifte som suger luft inn på baksiden. Dette skaper enda større trykkdifferanse i seilet, eller vingen om du vil; dette kalles for sugeseil.
Prosjektet reSail fokuserer hovedsakelig på vingeseil og sugeseil.
Forsker Yannick Joss i SINTEF.
– Med stadig økende drivstoffpriser og klimaendringer som blir stadig tydeligere, kan moderne seil være et godt alternativ, sier SINTEF-forsker Yannick Jooss.
Han leder prosjektet som har fått navnet reSail, og målet er å optimalisere effekten av de nye seilsystemene, som på fagspråket kalles vindassisterte fremdriftssystemer (WAPS: Wind-Assisted Propulsion Systems).
Bakgrunnen for prosjektet er at variasjonen i drivstoffbesparelser og utslippsreduksjon fra moderne seil på skip viser seg å være stor. Forskerne antar at dette delvis skyldes forenklede antagelser om vindforholdene på skip.
Moderne seil på et skip utsatt for komplekse vindforhold til sjøs. Illustrasjon: SINTEF Energi AS
Stadig vanligere
Det er stadig flere som tar i bruk moderne seil på store skip. Ved inngangen til 2020 brukte kun ni store skip seil. I dag er tallet 64, og mange jobber nå for å ta løsningene i bruk, ifølge SINTEF.
– Vi ser at etterspørselen etter slike løsninger har økt allerede. Slike systemer kan enkelt installeres på eksisterende skip, og har potensial til å bidra betydelig til utslippsreduksjon fra maritim sektor, sier Jooss.
Gap mellom teori og praksis
Mange faktorer spiller inn når avanserte seilsystemer og vinden skal fungere sammen optimalt. Først og fremst trenger vi best mulig forståelse av de realistiske vindforholdene, samt hvor mye energi det er i vinden.
– Det gir oss informasjon som vi kan bruke til å forstå hvor seilene bør plasseres på skipet, hvordan de kan reguleres for å utnytte vinden best mulig og hvordan alt det påvirker skipsdriften, utdyper Jooss.
Fakta om store skip og drivstofforbruk:
Store skip (over 5000 bruttotonn) som containerskip, bulkskip og tankskip står for omtrent 90 prosent av CO₂-utslippene fra den maritime sektoren.
Ifølge FuelEU Maritime er ambisjonen å redusere utslippene med 6 prosent før 2030 og 80 prosent før 2050.
For slike skip er det spesielt utfordrende å finne nullutslippsløsninger. En mulig løsning er moderne seilsystemer, som har potensial til å redusere utslippene betydelig.
Drivstoffs- og utslippsbesparelsene rapporteres i dag til å være mellom 2 til 25 prosent i skip med installerte seil. Disse tallene viser at det er mer behov for forskning på slike seilsystemer.
I prosjektet har forskerne avdekket at samspillet mellom de moderne seilløsningene og vinden er mer kompleks enn antatt:
– Vi har sett mer realistisk på vindforholdene, og de avviker betydelig fra teorien, forteller Jooss.
Fra før har forskerne også sett på hvordan komplekse vindforhold påvirker vindturbiner. Det er kunnskap de nå tar i bruk.
– Moderne seilsystemer møter like komplekse vindforhold. Dermed er det mye å hente i en god forståelse av disse, forklarer Jooss.
Fikk hjelp av Doppler-effekten
Som en del av prosjektet har forskerteamet i reSail også gjort vindmålinger på skipet Bow Olympus, eid av rederiet Oddfjell. Skipet fikk nylig installert bound4blue-seil. Målingene ble gjort både før og etter installasjonen.
Vindmåleutstyr på Odfjell-skipet Bow Olympus. Foto: Felix Kelberlau /Fugro
Målingene ble gjort med Fugro’s LiDAR-system. LiDAR måler vindhastighet og -retning ved å sende ut laserstråler som reflekteres av støv og partikler i luften. Det reflekterte lyset kommer tilbake med en endret frekvens, og dette gir innsikt i vindhastigheten, relativt sett til skipet (Doppler-effekten).
Vinden er kompleks
Forskerne fant at vinden varierer mye mer tidligere antatt, og at skipet og selve seilsystemet påvirker vinden betydelig.
– Om man bare benytter standardvindprofilen slik mange gjør i dag, så bommer man stort.
Forenklede antakelser og simuleringer er ikke godt nok – fordi de ikke har med kompleksiteten og variasjonen i vinden.
– Vi ser at man med riktig kunnskap om vindforholdene, design av seilsystemer, plassering, regulering og optimal operasjon av skipet vil kunne redusere utslippene kraftig. Hvor mye skal vi finne ut framover, sier Jooss.
Skal få nye svar på mer
Framover skal forskerne bruke dataene fra vindmålingene til å finne ut:
*Hvordan posisjonere de moderne seilene. Disse målingene skal foregå med modellskip i NTNUs vindtunnel. Her kan forskerne kontrollere vindforholdene og bytte posisjon på seilene for å få realistiske målinger.
*Hvordan få bedre kontroll på vinden. Om man kan vite hvordan vindforholdene blir før de kommer til skipet kan man bevege seilene for å optimalisere effekten. Dette skal også testes i lab.
*En helhetlig tilnærming. Se på den helhetlige skipsoperasjonen ved å bruke alle dataene samlet inn i prosjektet.
Forskerne håper å bidra til at moderne seil når sitt potensial på 25 prosent eller mer i drivstoff- og utslippsbesparelser.
– Målet er å gjøre det mer attraktivt å ta i bruk moderne seil på skip, og dermed bidra til nødvendig utslippsreduksjon fra maritim sektor, avslutter Jooss.
Fakta om prosjektet:
Forskningsprosjektet reSail skal fremme bruken av vindassisterte fremdriftssystemer (WAPS).
Prosjektet startet opp i 2024 og varer til 2028.
Partnere er: SINTEF, NTNU, Odfjell Management, Fugro Norway, HD Hyundai Europe R&D GmbH og bound4blue.
reSail er et såkalt "Kompetanse- og samarbeidsprosjekt" som delfinansieres av Norges Forskningsråd.
