Säker, redo och i ständig utveckling – teknik för framtiden med ammoniak

Författare – David Jung, affärsutvecklingschef, affärsområdet Heat & Gas Systems, Alfa Laval, och Nicoletta Spazzadeschi, processingenjör och specialist på innovation och hållbarhet, affärsområdet Water, Wind & Fuel Solutions, Alfa Laval

"Säkerhet handlar inte bara om utrustning – det handlar om att tänka framåt, förstå vad som kan gå fel och bygga in tillförlitlighet och beredskap från början." – David Jung

"Övergången till ammoniak kräver en helhetsintegrerad systemlösning. Vi utformar lösningar som utvecklas i takt med verkliga krav och säkerställer att alla komponenter samverkar för att uppfylla de högsta säkerhets- och miljöstandarderna." – Nicoletta Spazzadeschi

Ammoniak är mycket lovande som ett koldioxidfritt fartygsbränsle – men det medför mycket reella risker. Det är giftigt, det är okänt som fartygsbränsle och distributionsinfrastrukturen är fortfarande under utveckling. För redare skapar detta ett dilemma: hur ska man förbereda sig för ett bränsle som ännu inte är helt definierat?

På Alfa Laval tror vi att svaret ligger i tekniska system som inte bara är mångsidiga och kompakta i sin utformning, utan också omfattande i sitt tillämpningsområde och effektiva i sin utförande. I denna andra del av vår ammoniakblogg utforskar vi hur vi omvandlar osäkerhet till kapacitet – med lösningar som är byggda för att integreras och fungera i takt med att kraven i verkligheten utvecklas.

WinGD:s forsknings- och innovationscenter för motorer i Winterthur i Schweiz har utrustats specifikt för att hantera ammoniak – med utrustning för säker lagring, distribution och kontrollerad förbränning. Det är här vi testar FCM Ammonia och validerar dess prestanda med WinGD-motorer.

Vi förbereder oss också för att inleda förbränningstester av ammoniak i vårt dubbelfuelpannsystem, där vi simulerar både värmeenergiproduktion och funktionen hos systemet för minskning av ammoniakutsläpp (ARMS) i full skala. Detta gör att vi inte bara kan testa med teoretisk simulering utan också hur systemen beter sig i den exakta konfigurationen.

Säkerhet är högsta prioritet

Ammoniakens giftighet kräver en flerskiktad säkerhetsstrategi. På Alfa Laval har vi integrerat detta i varje nivå av våra ammoniaksystem – från bränsletillförsel till avgasrening.

I december 2023 utfärdade IMO sina Interimistiska riktlinjer för säkerheten på fartyg som använder ammoniak som bränsle (MSC.1/Circ.1687). Dessa riktlinjer återspeglar inte bara ammoniakens potential för att minska koldioxidutsläppen inom sjöfarten, utan också de allvarliga hälso- och miljörisker som är förknippade med dess användning. Som IMO tydligt anger:

”Källor till ammoniakutsläpp bör minimeras för att minska sannolikheten för att människor och miljön utsätts för ammoniak”, och ”Gasutsläpp under drift bör samlas upp och hanteras av ett lämpligt ARMS-system som ska kunna reducera ammoniakkoncentrationen till under 110 ppm.”

Vår strategi återspeglar dessa krav – och går ännu längre. I FCM Ammonia har vi valt ut komponenter genom en omfattande screening av materialkompatibilitet för att minska risken för läckage redan från början. Läckagetester och inbyggda säkerhetsprotokoll ger tidig varning vid onormala förhållanden, medan tydliga riktlinjer för besättningen stödjer lämpliga nödåtgärder.

Vi har också konstruerat en säker rensning som en samordnad process mellan motorn och FCM-styrsystemen. Kvarvarande ammoniak återvinns i FCM:s interna buffert enligt motorns rensningssekvenser. Den resulterande ångan som innehåller ammoniak leds till ARMS-lösningen, vilket säkerställer att inga obehandlade utsläpp sker, inte ens under avstängning eller underhåll.

ARMS-system

FCMs ventilationsbehandlingssystem

Som nämnts i del 1 har vi integrerat ett ventilationsbehandlingssystem direkt i FCM som utför samma kärnfunktion som ett ARMS. Syftet är att avlägsna ammoniak från ventilationsgaser som inte får släppas ut i atmosfären, med hjälp av en process baserad på flerstegsabsorption i vatten och andra neutraliserande medier.

Systemet, som ursprungligen utvecklades för WinGD:s ammoniaktestanläggning, erbjuder en flexibel säkerhetslösning som alltid är tillgänglig – vilket är särskilt viktigt vid rensning, uppstart och avstängning när utsläpp av ammoniak är mest sannolikt.

Systemet kan visserligen fungera som en fristående enhet, men genom att kombinera det med andra ARMS-strategier – såsom det pannbaserade systemet – öppnas möjligheter för redundans, optimering av fotavtrycket och effektivare hantering av ammoniakhaltiga vätskelösningar.

ARMS-pannsystemet

Vår design av pannan som ARMS möjliggör säker förbränning av ammoniakavgaser med hjälp av befintlig termisk utrustning ombord. Detta minskar behovet av särskild hårdvara samtidigt som det ger kritisk redundans. Med utgångspunkt i erfarenheter från hantering av LNG-avdunstningsgas förbränner denna metod ammoniak istället för att absorbera den, vilket eliminerar riskerna förknippade med utsläpp av ammoniakhaltiga vätskor i den marina miljön.

Denna lösning testas nu på riktiga fartyg – inklusive världens första beställning av ett marint pannsystem som är specifikt utformat för förbränning av ammoniakavfallsgas.

Integration av båda systemen som ett heltäckande ARMS

En av de viktigaste frågorna vi ofta får är: varför erbjuder vi både vattenbaserade och pannbaserade ARMS-system?

Svaret ligger i beredskap och effektivitet – båda avgörande för säkerhet och driftsäkerhet. De två systemen har var och en sina för- och nackdelar, och genom att kombinera dem kan vi leverera mer robusta lösningar samtidigt som vi optimerar utrymme och prestanda.

Pannsystemet har fördelen att det redan finns ombord på många fartyg, särskilt för ånggenerering. Att lägga till ARMS-funktionalitet kräver endast en liten mängd extra utrustning – en liten gasventilenhet med begränsat utrymmesbehov och röranslutningar. Denna termiska oxidationsmetod undviker att generera flytande avfall och möjliggör utsläpp inom acceptabla ammoniakgränser.

Pannsystemet är dock inte alltid omedelbart tillgängligt. Pannsystemets primära funktion är att generera ånga när fartyget har ett sådant behov. Under en normal resa täcks detta ångbehov ofta via en spillvärmeåtervinningspanna, utan förbränning av bränsle, varför pannan står i beredskap. Om ett plötsligt utsläpp av ammoniak utan förvarning måste hanteras omedelbart är det oundvikligt att en del av ammoniakutsläppet inte kommer att förbrännas av pannan.

Däremot är det vattenbaserade systemet alltid tillgängligt – utan uppvärmningstid och med omedelbar neutralisering av ammoniak när den kommer in i tanken. Det är enkelt och effektivt. Men det medför vissa driftsmässiga avvägningar:

• Kräver en ny tank enbart för att hantera ammoniakutsläpp
• Genererar flytande avfall (och kemiskt avfall)
• Påfyllning av färskvatten och utrymme för lagringstankar måste beaktas

Genom att kombinera de två systemen får man det bästa av två världar. Det pannbaserade systemet kan hantera alla planerade utsläpp, medan det vattenbaserade systemet fungerar som en pålitlig reservlösning – särskilt användbar i nödsituationer. Denna hybridkonfiguration möjliggör också optimerad tankdimensionering och färskvattenförbrukning.

Redundans är motståndskraft

Inom säkerhetsteknik är det inte en lyx att ha två system som oberoende av varandra kan utföra en kritisk funktion – det är motståndskraft.

Denna dubbla ARMS-strategi öppnar också dörrar till optimering av fotavtrycket och effektivare användning av färskvatten, särskilt i fartygstyper där utrymme och resurser är starkt begränsade. I slutändan återspeglar det vår centrala designfilosofi: förutse fel, planera för framgång.

Vi har gått liknande vägar tidigare. Vår resa med ammoniak bygger på erfarenheter från tidigare bränsleövergångar – inklusive LNG, metanol och alternativ med låg flampunkt.

Till exempel bygger vår användning av pannor för förbränning av ammoniak på många års erfarenhet av LNG, där avdunstningsgas förbränns på ett säkert sätt istället för att släppas ut. På samma sätt innehåller vårt FCM Ammonia dynamisk styrlogik, inte bara för kontinuerlig bränsletillförsel, utan också för säker rensning, uppstart och avstängning – vilket allt är avgörande när man hanterar giftiga ämnen.

Och med blicken riktad framåt utforskar vi hur data från styrsystem och fjärrövervakning kan stödja förebyggande underhåll, vilket hjälper besättningar och landteam att hantera risker mer proaktivt.

Att bygga en stark grund

Om du utforskar ammoniak är Alfa Laval redo att hjälpa till – inte bara med produkter, utan också med de insikter och det stöd som gör övergången till nya bränslen genomförbar.

Vi förstår pressen att minska koldioxidutsläppen. Vi förstår också riskerna med att rusa in i det okända. Det är därför vi bygger med modularitet, säkerhet och samskapande i centrum.