Ammoniakkiin täyttä vauhtia: Alfa Lavalin seuraavan sukupolven tuotteet ottavat muotoa

 Ammoniakki on nopeasti nousemassa suosioon hiilivapaana polttoaineena kilpailussa maailmanlaajuisen merenkulun hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Skaalautuvuutensa, energiatiheytensä ja uusiutuvasti tuotettavuutensa ansiosta ammoniakki tarjoaa yhden luotettavimmista reiteistä kohti kestävää tulevaisuutta.

Toisin kuin muut vaihtoehtoiset polttoaineet, ammoniakin palaminen on molekyylirakenteensa vuoksi luonnostaan hiilivapaata. Jos niin kutsuttu ”vihreä ammoniakki” tuotetaan uusiutuvalla energialla, se ei aiheuta hiilidioksidipäästöjä tuotannosta palamiseen. Sitä voidaan myös varastoida nestemäisenä paineistettuna tai alhaisessa lämpötilassa, jolloin vältytään esimerkiksi LNG:n kalliilta kryogeenisiltä vaatimuksilta.

Ammoniakin tulevaisuuden toteuttaminen vaatii kuitenkin enemmän kuin teoreettista sitoutumista. Se vaatii merkittäviä pääomasijoituksia, perusteellista suunnittelua, luotettavia laitteita ja yhteistyökumppanuuksia koko arvoketjussa. Alfa Lavalilla olemme keskittyneet juuri tähän: ammoniakin potentiaalin muuntamiseen käytännöllisiksi, toimiviksi ratkaisuiksi, joihin laivanomistajat voivat luottaa alusta alkaen.

Tietenkin myrkyllisenä ja nousevana polttoaineena ammoniakki tuo mukanaan myös suuria haasteita. Olemme kuitenkin kohdanneet vastaavia haasteita aiemminkin; kokemuksemme LNG:n, metanolin ja muiden matalan leimahduspisteen polttoaineiden järjestelmien ja tuotteiden kehittämisestä on muovannut lähestymistapaamme ja antanut meille etumatkaa.

Kaksiosaisen ammoniakkia käsittelevän blogimme ensimmäisessä osassa tarkastelemme tarkemmin, kuinka kehitämme ammoniakkikäyttöisen aluksen kahta olennaista komponenttia – FCM Ammonia -polttoaineen syöttöjärjestelmää ja Aalborgin monipolttoainekattilaratkaisuja – turvallisuus, hallinta ja käytännön integrointi mielessä.

FCM Ammonia – kattava ratkaisu turvalliseen ja tehokkaaseen polttoaineen syöttöön

Uusi Alfa Laval FCM Ammonia, joka on suunniteltu ammoniakin turvalliseen käyttöön, sisältää polttoaineen syöttöjärjestelmän (FSS) ensisijaisena ratkaisuna polttoaineen syöttämiseksi moottoriin. Tämä perusjärjestelmä on integroitu polttoaineventtiilijärjestelmään (FVT), joka eristää moottorin ylävirran järjestelmistä, sekä poistokaasujen käsittelyjärjestelmään (VTS), joka varmistaa hallitun poistokaasujen vapautumisen ilmakehään. FCM Ammonian oma automaatiojärjestelmä säätelee kaikkia FSS-, FVT- ja VTS-järjestelmien kriittisiä toimintoja.

Alfa Lavalin todistetusti toimivaan FCM-alustaan perustuva FCM Ammonia varmistaa, että moottori saa ammoniakkia juuri tarvittavalla paineella, lämpötilalla ja virtausnopeudella moottorin kuormituksen vaihteluiden mukaan. Järjestelmän edistyksellinen ohjauslogiikka, joka on kehitetty kokonaan yrityksen sisällä, mahdollistaa tasaisen ja tarkan polttoaineen syötön ja automaattiset vaihdot, mikä takaa tasaisen suorituskyvyn. Lisäksi FCM Ammonia on suunniteltu mahdollisimman joustavaksi, mikä helpottaa sen mukauttamista erilaisiin alusmalleihin – uusrakennuksiin tai jälkiasennuksiin – asiakkaiden muuttuvien polttoainestrategioiden vaatimusten mukaisesti.

Turvallisuus on keskeinen ominaisuus. Jokainen komponentti on valittu huolellisesti ammoniakin kanssa yhteensopivaksi, ja järjestelmään kuuluu jatkuva valvonta, automaattiset suojatoiminnot ja erityiset hätätoimenpiteet. Ilmakehään pääsyn estämiseksi FCM voidaan integroida monivaiheiseen absorptioon perustuvaan VTS-järjestelmään, joka neutraloi ammoniakin turvallisesti poistovirroissa ja tarjoaa laivanomistajille joustavuutta ammoniakkipäästövaatimusten täyttämisessä.

Tulevaisuudessa Alfa Laval valmistautuu digitalisoimaan FCM-alustan kokonaan, ja sen tiedonkeruutoiminnot tukevat etävalvontaa, suorituskyvyn optimointia ja ennakoivaa kunnossapitoa. Seuraamalla polttoaineen käyttäytymistä ja järjestelmän kuntoa ajan mittaan operaattorit voivat vähentää suunnittelemattomia seisokkeja ja tehdä älykkäämpiä, dataan perustuvia päätöksiä.

Aalborgin laivakattila – monikäyttöinen järjestelmä lämmitykseen ja turvallisuuteen

Monissa valtamerialuksissa kattiloita käytetään tyypillisesti höyryn tuottamiseen – tukemaan lastin lämmitystä, LVI- ja apujärjestelmiä sekä lastin purkamista, säiliöiden puhdistusta jne. Niin kauan kuin alukset on suunniteltu kaksipolttoaineisiksi, höyrykattilajärjestelmät ovat välttämätön osa niiden dieselkäyttöä.

Lisäksi ammoniakkipolttoisissa aluksissa Aalborgin monipolttoainekattilaa, jota myös kehitämme, käytetään kriittisempiin toimintoihin, kuten aluksen toiminnan aikana vapautuvan ammoniakki-typpikaasuseoksen polttamiseen ja varastosäiliöstä haihtuvan ammoniakin terminen hapettamiseen. Nämä ominaisuudet perustuvat laajaan kokemukseemme Aalborgin kaksoispolttoainekattiloista LNG-käyttöisissä aluksissa, mikä on todistettu ja luotettava lähtökohta uudelle ammoniakkikattilajärjestelmälle.

Höyrystyneen ammoniakin terminen hapettaminen tarjoaa mahdollisuuden parantaa polttoainetehokkuutta sekä yksinkertaistaa aluksen suunnittelua. Kaksitahtiset ammoniakkimoottorit tuottavat matalampilämpöistä pakokaasua, mikä vähentää lämmön talteenottomahdollisuuksia, joten polttoaineen polttaminen kattilassa on välttämätöntä aluksen lämmöntarpeen täyttämiseksi. Jos kattila käyttää polttoainesäiliöstä haihtunutta ammoniakkia, alus voi sekä säätää polttoaineen lämpötilaa että säiliön painetta ja samalla vastata lämmöntarpeeseen. Lisäksi muut polttoaineen lämpötilan ja säiliön paineen säätöjärjestelmät voidaan jättää pois, mikä vähentää lisälaitteiden tarvetta ammoniakkipolttoaineen käyttötapauksessa.

Edelläkävijä monella rintamalla

Alfa Laval on ammoniakkisiirtymän johtava toimija ja on ollut avainasemassa muovaamassa sitä, miten tätä lupaavaa polttoainetta voidaan käyttää turvallisesti ja käytännöllisesti merellä. Osallistumme koko alan kattavaan tutkimukseen, yhteistyöhön aluskonseptien kehittämisessä, käytännön pilottihankkeisiin ja täysimittaiseen järjestelmien validointiin.

Olimme keskeinen avustaja Maersk Mc-Kinney Møller Center for Zero Carbon Shipping -keskuksen merkittävään, maaliskuussa 2023 julkaistuun raporttiin ”Managing Emissions from Ammonia-Fueled Vessels” – syvälliseen tekniseen katsaukseen ammoniakin päästöistä, turvallisuudesta ja sääntelypolkuista. Olemme myös tarjonneet kattilateknologian asiantuntemustamme Equinorin johtamaan ”Ammonia powered tanker” -pilottihankkeeseen Norjan Green Shipping -ohjelman puitteissa, auttaen määrittelemään, miten ammoniakkia voidaan käsitellä aluksella sekä normaalikäytössä että hätätilanteissa.

Uudisrakentamisen osalta olemme tehneet tiivistä yhteistyötä eteläkorealaisen K Shipbuildingin kanssa kaksipolttoaineisen MR1-säiliöaluksen suunnittelussa, joka on saanut luokituslaitoksen ABS:n periaatehyväksynnän (AiP). Tämä projekti kattoi ammoniakkipolttoaineen suunnittelun koko laajuuden – FCM Ammonia, Aalborgin monipolttoainekattila, FVT ja yhdistetty VTS. Teknologian kehittämisen tasolla olemme siirtymässä teoriasta käytäntöön. Kumppanuutemme moottorivalmistaja WinGD:n kanssa on johtanut toimivaan polttoainejärjestelmään ja ruiskutustestauslaitteistoon WinGD:n tutkimuskeskuksessa Winterthurissa, Sveitsissä. Testauslaitteisto on jo läpäissyt validoinnin, ja koko FCM-järjestelmä on parhaillaan käyttöönotossa – mikä on tärkeä virstanpylväs matkalla kaupalliseen käyttövalmiuteen. Tämä yhteistyö perustuu molemminpuoliseen testaukseen, datan validointiin ja iteratiiviseen järjestelmäsuunnitteluun, mikä antaa meille mahdollisuuden hienosäätää ohjauslogiikkaa, puhdistusmenettelyjä ja turvallisuustoimintoja dynaamisissa kuormitusolosuhteissa.

Tätä työtä vahvistavat käytännön pilottihankkeet. Vuoden 2024 lopulla kiinalainen Tianjin Southwest Maritime tilasi seitsemän LPG/ammoniakkialusta rakennettavaksi CSSC Huangpu Wenchongin telakalle, ja Alfa Laval toimittaa niihin täydelliset FCM-ammoniakkijärjestelmät. Erillisenä läpimurtona olemme saaneet Etelä-Koreassa ensimmäisen tilauksen merenkulun kattilajärjestelmästä, joka on suunniteltu erityisesti ammoniakkijätekaasujen polttamiseen – luoden näin ennakkotapauksen ammoniakkipäästöjen vähentämiselle aluksilla.

Kaikkia näitä ponnisteluja tukee täysimittaiset testit päivitetyssä Test & Training Centre -keskuksessamme Aalborgissa, Tanskassa. Laitos on enemmän kuin pelkkä yksittäisten komponenttien testauspaikka – se simuloi täydellisiä merenkulun järjestelmäkonfiguraatioita integroimalla FCM:n, kattilan, poistoilman käsittelyn ja moottorin rajapinnan todellisissa merenkulun käyttöolosuhteissa. Juuri täällä yhdistämme teorian, mallinnuksen ja fyysiset testit järjestelmän toiminnallisuuden optimoimiseksi.

Olipa kyseessä sitten alan raportit, yhteinen teknologian kehittäminen tai kaupalliset pilottitilaukset, nämä yhteistyöt vaikuttavat suoraan tuotekehitykseen, auttavat nopeuttamaan tuotteiden markkinoille saattamista ja antavat meille – ja asiakkaillemme – selkeämmän kuvan siitä, mihin polttoaineen siirtymä on menossa.

Luottamus monimutkaisuuteen

Ammoniakin käyttöönotto ei ole plug-and-play-ratkaisu. Se vaatii koordinoituja laitteita, älykkäitä ohjausjärjestelmiä ja sääntelyn yhdenmukaistamista – siksi Alfa Laval keskittyy järjestelmätason integraatioon, ei erillisiin komponentteihin. Olipa kyse polttoaineen toimittamisesta, energian hallinnasta tai myrkyllisten päästöjen vähentämisestä, rakennamme ratkaisuja, jotka eivät vain toimi, vaan toimivat yhdessä.

Vaikka keskitymme tällä hetkellä ammoniakkiin, ajattelumme ulottuu pidemmälle. Kehittämämme järjestelmät heijastavat polttoaineesta riippumatonta ajattelutapaa: ne on suunniteltu tukemaan nykyisiä polttoaineita, mutta ne ovat valmiita sopeutumaan uusien hiilidioksidivapaiden ratkaisujen myötä. Sillä kun on kyse monimutkaisen ja nopeasti muuttuvan polttoainekentän navigoinnista, luottamus ja joustavuus kulkevat käsi kädessä.

Mitä seuraavaksi ammoniakin turvallisuudelle?

Ammoniakkiblogimme tulevassa osassa 2 syvennymme turvallisuuden kriittiseen kysymykseen – mukaan lukien siihen, kuinka Alfa Lavalin integroidut ARMS-strategiat määrittelevät uudelleen ammoniakin käsittelyn aluksilla. Tutustu siihen, kuinka kattilapohjaiset ja vesipohjaiset ratkaisut voivat toimia yhdessä parantaakseen kestävyyttä, sääntöjen noudattamista ja käytännön joustavuutta.