I 2027 stevner en 200 meter lang ferge med 1800 passasjerer om bord ut fra Oslo med kurs mot København. Men det er ikke en tradisjonell ferge. I sitt indre skjuler den en banebrytende teknologi: Drivstoffet er hydrogen, og den slipper ikke ut noe eksos, bare vann.
Ferger har seilt på oljedrevne forbrenningsmotorer i mange tiår, men klimakrisen gjør at disse CO2-utspyende motorene snart kan bli pensjonert.
I stedet står en ny generasjon hydrogendrevne brenselceller klar til å overta arbeidet med å drive skipenes propeller.
Selskapet bak prosjektet heter Europa Seaways og består blant annet av rederiet DFDS, teknologibedriften ABB, designbedriften Knud E. Hansen og energiselskapet Ørsted. De vil sende verdens største hydrogenferge i skytteltrafikk mellom København og Oslo.
«Vi må forlate fossilt drivstoff og i stedet seile på drivstoff som er klimanøytralt», forklarer Jakob Steffensen, som er innovasjonssjef i DFDS.
Hydrogenteknologien skal etter planen revolusjonere skipsindustrien og sette kurs mot en klimavennlig framtid, men det er fortsatt noen skyer i horisonten, og teknologien er fortsatt ikke helt klar.
Hydrogen må først utvinnes
I dag drives skip først og fremst av ulike drivstoff som er basert på olje. Det fører til enorme utslipp av klimagasser. Nærmere bestemt stammer 2–3 prosent av drivhusgassene i verden fra skipsfarten, viser tall fra Den internasjonale sjøfartsorganisasjonen.
Vi må forlate fossilt drivstoff. Jakob Steffensen, innovasjonssjef i rederiet DFDS
Bransjen er selv klar over problemet og vurderer en rekke alternativer – og hydrogen er et av de mest lovende.
Hydrogen (H) er det mest utbredte grunnstoffet i universet, så i prinsippet er det massevis av drivstoff. Men i motsetning til olje kan man ikke hente hydrogen rett fra grunnen.
Hydrogen er nesten alltid forbundet med andre grunnstoffer i ulike molekyler – for eksempel vann (H2O) eller metan (CH4).
Derfor må hydrogenet først utvinnes. En av metodene er å bruke strøm til å spalte vann i sine to bestanddeler, hydrogen og oksygen, i en reaksjon som kalles elektrolyse.
Prosessen er energikrevende, og derfor er planen at hydrogenet til Europa Seaways skal lages ved hjelp av strøm fra havvindturbiner like ved København, der elektrolyseverket blir plassert.
Når hydrogenfergens tanker, som i alt kan inneholde 44 tonn hydrogen, er fylt opp, skal den kjemiske energien i hydrogenet gjøres om til elektrisk energi, som kan drive elmotorene og dermed skipspropellen.
Grønn strøm henter hydrogen fra vann
Prosessen med å utvinne hydrogen fra vann krever store mengder energi, men med strøm fra vindturbiner eller solceller blir produksjonen klimavennlig.
Strøm splitter havvann
Renset havvann blir pumpet inn i et elektrolysekar med to elektroder – en katode og en anode. Dermed blir vannmolekylene spaltet, og katoden tiltrekker seg hydrogen, mens anoden tiltrekker seg oksygen. En membran skiller de to molekylene.
Hydrogen blir satt under trykk
Oksygenmolekylene fordamper, men hydrogengassen blir fanget inn og komprimert under 350 ganger høyere trykk enn ved havoverflaten og lagret på trykktanker. Til slutt blir hydrogenet fylt på hydrogenskipets drivstofftanker, som kan inneholde i alt 44 tonn hydrogen.
Såkalte brenselceller blir installert på Europa Seaways og skal produsere strøm ved hjelp av brenselceller med såkalt protonledende membran.
En slik PEM-brenselcelle (PEM står protone exchange membrane) minner om et batteri. Cellen er forsynt med to elektroder, en anode og en katode, atskilt av en såkalt elektrolytt. På anodesiden av cellen blir hvert hydrogenatom spaltet i to hydrogen-ioner og to elektroner.
Hydrogen-ionene kan gå gjennom elektrolytten og over til katoden, men elektrolytten sperrer for elektronene.
Elektronene passerer derfor via ledninger ut til et batteri som blir ladet opp og kan drive elmotorene om bord på skipet.
Hydrogen må presses sammen
Brenselceller kan i dag yte en effekt på rundt fem megawatt – en megawatt kan drive 500–700 husholdninger. Men på Europa Seaways skal de etter planen yte hele 23 megawatt.
Problemet med brenselcellene er at de ikke er særlig effektive. For PEM-brenselceller ligger effektiviteten i dag på omkring 50 prosent. Det vil si at bare om lag halvparten av energien i hydrogenet blir omsatt til elektrisk strøm, mens resten går tapt i form av blant annet varme til omgivelsene.
Hydrogenskip reduserer støy og utslipp
Gamle forbrenningsmotorer som forbrenner fossilt drivstoff, må skiftes ut med brenselceller som går på hydrogen. Dermed faller utslippene av CO2 til null, og støyen forsvinner.
Skipet skjuler store hydrogentanker
I tanker under skipets nederste bildekk blir hydrogenet lagret under omkring 350 ganger atmosfærisk trykk. Tankene kan til sammen oppbevare 44 tonn hydrogen, noe som er nok til å drive skipet de nesten 500 kilometerne mellom Oslo og København.
Brenselceller lager strøm
Brenselceller fungerer i prinsippet som et batteri. Hvert hydrogenatom mister et elektron og blir til et positivt ladet ion. Hydrogenionene kan gå gjennom en barriere i brenselcellen, men elektronene kan ikke det og går i stedet ut i et kretsløp som elektrisk strøm.
Strøm lader batterier
Strømmen fra brenselcellene lader opp batterier som består av flere skap med mange individuelle battericeller. Batteriene fungerer som strømbank for elmotorene og kan drive skipet når brenselcellene ikke er i gang.
Elmotorer driver propellen
Energien fra brenselceller og batterier starter i et elskap, en slags transformator. Deretter går den aller bakerst i skipet, til en elmotor med en kjøleenhet som sørger for at motoren holder riktig temperatur. Rett under motoren sitter styringsenheten, og under dette skipets propeller.
Forskere arbeider derfor med såkalte fast oksid-brenselceller (SOFC), som bruker et keramisk materiale som elektrolytt og kan oppnå en effektivitet på minst 60 prosent.
En annen utfordring med hydrogen er at gassen er ytterst brannfarlig og samtidig tar mye plass i forhold til massen – 1 kilo hydrogen fyller for eksempel hele elleve kubikmeter ved alminnelig atmosfærisk trykk.
Hvis en hydrogenbil for eksempel skal kjøre ti mil, sier tommelfingerregelen at den trenger 1 kilo hydrogen. Men hvis en hydrogenbil skulle brukt hydrogen ved atmosfærisk trykk for å kjøre 50–60 mil, som er rekkevidden til en tradisjonell bil, ville det kreve en drivstofftank som måler 4 meter i alle retninger.
Et av Norges største ferje- og hurtigbåtrederier, Norled, jobber også med å innføre hydrogenteknologi på fartøyene sine.
En løsning er å kjøle ned hydrogenet til –250 grader celsius, noe som gjør den flytende og får den til å ta mindre plass. Nedkjølingen krever imidlertid store mengder strøm og isolerte tanker.
Europa Seaways bruker en annen løsning: å presse hydrogenet sammen ved et trykk som er 350 ganger høyere enn ved havoverflaten.
«Hydrogen er vanskelig å ha med å gjøre fordi det må presses sammen før vi kan ha det med om bord. I dag har vi vanligvis seks drivstofftanker om bord, men med et trykk på 350 bar blir det mer enn tusen. Det er mye mer komplekst», sier Jakob Steffensen.
Løsningen blir å plassere alle tankene under det nederste bildekket om bord på fergen for å få plass til 44 tonn hydrogen.
Hydrogen kutter CO2
Når Europa Seaways etter planen stevner ut på jomfruturen rundt 2027, vil opplevelsen om bord kunne sammenlignes med å skifte fra en fossilbil til en elbil, sier Steffensen.
«Skipet vil fortsatt bevege seg i vannet, og du vil fortsatt få den maritime opplevelsen, men støyen fra skipets motorer vil være mye lavere», sier han.
VIDEO: Slik fungerer hydrogenteknologien
Her kan du se hvordan det er mulig å bruke hydrogen til å drive framtidens skip. *Kilde: SciShow*
Hydrogenfergen er en del av en større plan for rederiet DFDS, som har en flåte på 60 skip: De vil redusere CO2-utslippene med 45 prosent i 2030 og bli helt klimanøytrale i 2050.
Og DFDS kan snart få følge av resten av skipsbransjen. I en rundspørring advokatfirmaet Watson Farley & Williams gjennomførte i 2021, svarer ledere fra bransjen at de tror brenselceller til hydrogen i løpet av de neste fem årene vil utgjøre ti prosent av det samlede energiregnskapet, mens andelen vil stige til 18 prosent i løpet av de neste ti årene.
Men en ting er hva bransjens egne folk sier – noe annet er hva som faktisk er realistisk. Her kommer OECD-organisasjonen International Transport Forum (ITF) med konkrete og ganske optimistiske anslag for de neste tiårene.
Med hydrogen – og andre alternative drivstofftyper, som for eksempel ammoniakk – kan skipsbransjen redusere CO2-utslippene med opptil 95 prosent i 2035 sammenlignet med i dag.
Skip som Europa Seaways vil dermed sørge for en reduksjon av CO2-utslippene som svarer til å stenge 185 kullkraftverk.