Skibsmotorens nye 'mad' skal supplere fossile brændstoffer
Danske forskere er ved at gøre klar til at præsentere en ny biomasseløsning, der er blevet udviklet som en del af et stort samarbejde mellem flere virksomheder og universiteter.
skib brændstof biobrændstof ætanol

I shippingbranchen er der forståelse for, at selvom »energiforsyningen til shipping er kommet fra olie de seneste 75 år komme, vil det næppe være sådan de næste 75 år«. (Foto: Colourbox)

»Det fede ved en skibsmotor er, at den kan spise næsten hvad som helst, så længe det er flydende, indeholder kulstof, og der ikke er sand i det.«

Sådan lyder det fra professor Claus Felby, Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning, Københavns Universitet (KU).

Han står i spidsen for et stort forskningssamarbejde om at udvikle biomassebrændstoffer til skibsfarten, som på sigt kan supplere eller endda erstatte fossile brændstoffer.

En mindre del af projektet drejer sig om at udvikle biobaserede kemikalier til at erstatte nogle af de mange kemikalier, der bliver produceret ud fra fossile ressourcer.

Universiteter og virksomheder med i projektet

Bevillingen

Projektet »Biomass for the 21st Century« har modtaget en bevilling af Innovationsfonden, der har finansieret halvdelen af forskningens budget på 112 millioner kroner.

KU, Danmarks Tekniske Universitet (DTU), A.P. Møller - Maersk, Novozymes, Haldor Topsøe, MAN Diesel & Turbo og Dong Energy er med i projektet, Biomass for the 21st Century, som blev skudt i gang i 2012 og løber frem til 2017.

Innovationsfonden har medfinansieret halvdelen af forskningens budget på 112 millioner kroner.

Efter cirka fire års arbejde er forskerne fra KU og DTU ved at få patent på en ny metode til at lave lignin om til dieselolie.

Lignin er indlejret i planternes cellevægge. Efter cellulose er lignin det stof, der forekommer i størst mængde i planteriget.

Den nye metode er mere effektiv end de andre kendte teknikker, man ellers forsøger sig med i dag, forsikrer Claus Felby.

LÆS OGSÅ: Biobrændstof: Teknologien er klar, men planterne mangler

Skal finde et sweet spot med ætanol og lignin

»For at opløse lignin skal man varme det op til meget høje temperaturer, cirka 300 grader. Men når de kemiske bindinger begynder at brydes, vil lignin frygteligt gerne danne nye bindinger ekstremt hurtigt, og det kan resultere i, at der ikke bliver lavet olie, men kul, som er fuldstændig umuligt at have med at gøre,« fortæller Claus Felby.

»Det smarte er så, at hvis man tilsætter ætanol, som man opvarmer sammen med lignin, vil ætanol forhindre lignin i at danne disse nye bindinger,« tilføjer han.

Så det handler om at finde et vindue, et sweet spot, hvor tingene passer sammen, fordi man samtidig skal undgå, at ætanol bliver nedbrudt, forklarer Claus Felby. 

»Hvis man kan gøre det, opnår man en stor fordel, fordi en sådan proces ikke danner syrer, og dieselbrændstoffet bliver motorvenligt. Og i bund og grund kan man sige, at det sådan set drejer sig om at blande skidtet sammen og varme det op på den rigtige måde, så man kan få olie ud af det,« siger Claus Felby og tilføjer, at patentet vil blive offentliggjort om et par måneder.

Skaleringen er en stor, dyr udfordring

Selv om den grundlæggende teknologi er ved at være på plads, er der dog et stykke vej endnu, før forskernes nye olie eventuelt kommer ud og får lov til at sejle i motoren på et stort skib.

Bioætanol

Bioætanol er ætanol produceret med henblik på at blive brugt som brændstof.

Bioætanol produceres ved, at sukker fermenteres ved hjælp af gær. Sukkerstofferne, som bruges til produktionen af bioætanol, kommer normalt fra to forskellige kilder:

  1. Anvendes letomsættelige sukkerkilder såsom stivelse og sucrose (sukker), betegnes bioætanolen førstegenerationbioætanol.
  2. Bruges sværtomsættelige sukkerkilder såsom plantecellevægge, betegnes den andengenerationbioætanol.

Bioætanol benyttes blandt andet som brændstof, idet det tilsættes benzin.

På baggrund af EU-lovgivning om bæredygtige biobrændstoffer har der siden 1. juli 2010 i Danmark været lovkrav om, at al benzin skal iblandes fem procent bioætanol, dog ikke oktan 98.

Anvendelse af bioætanol nedsætter transportsektorens CO2-udslip og forbruget af fossile brændsler.

Kilde: Gyldendals Denstoredanske.dk

»Vi kan godt lave det på laboratorieplan nu, men det er skaleringen, der er problemet, for vi skal bruge omkring 2.000 ton brændstof, hvis vi for alvor skal teste det i skibenes enorme motorer. Og det koster altså en bondegård,« siger Claus Felby.

Professoren og hans forskerhold har heller ikke været heldige med de fossile brændstoffers prisudvikling.

I dag koster olien cirka halvdelen af, hvad den kostede for et par år siden. Derfor er den øjeblikkelige interesse for biobrændsel til transport mindre, end hvad den ellers kunne have været.

Olie-æraen varer ikke evigt

Den gode nyhed er dog, at også i shippingbranchen er der forståelse for, at selv om »energiforsyningen til shipping er kommet fra olie de seneste 75 år, vil det næppe være sådan de næste 75 år«, som det lyder i Maersk Lines formulering.

LÆS OGSÅ: Bakterier æder elektricitet - og omdanner det til biobrændsel

For dels er der ved at være mere og mere politisk opbakning til at nedbringe CO2-udslippet betragteligt. Og dels løber vi formentlig tør for olie på et tidspunkt i fremtiden.

Derfor er virksomhederne også parate til at investere i og deltage i biomasseforskning og projekter som Biomass for the 21st Century, hvor Mærsk har bidraget med blandt andet deres viden om shippingbrændstoffer og infrastruktur.

Dong Energy har deltaget i udviklingen af den nødvendige energiplatform, mens MAN brugte sine ressourcer på samarbejdet til motorteknologi og pumpetest.

Endelig har Haldor Topsøe forsket i og udført forsøg med biobaserede kemikalier, og det er her, udviklerne er kommet tættest på en løsning, som har potentiale til at blive implementeret industrielt inden for de næste fem år.

Biobaserede kemikalier til en konkurrencedygtig pris

»Vores aktiviteter stikker lidt uden for projektets hovedmål om at udvikle biobrændsler til shippingindustrien. Vi har fokuseret på at bruge katalyse til at lave sukker om til kemikalier, som man for eksempel kan lave plastik af. Vi har lige afsluttet en storskalatest, hvor vi har produceret 50 kilo plastikbyggesten,« fortæller seniorforsker Esben Taarning fra Haldor Topsøe.

katalysatorpiller biobrændstof shipping

»Katalysatorpiller er hjertet i vores proces,« siger seniorforsker Esben Taarning fra Haldor Topsøe. (Foto: Haldor Topsøe/Esben Taarning)

Under katalyse øger en katalysator hastigheden af en kemisk reaktion uden selv at forbruges.

Haldor Topsøe har længe været verdenskendt for udvikling og implementering af katalytiske processer, og under arbejdet med biomasseløsninger blev virksomheden nødt til at udvikle nye type katalysatorer.

»Sukker er meget forskelligt fra for eksempel olie og naturgas. Men potentialet er, at man faktisk kan bruge sukker til lave kemikalier til en pris, der er konkurrencedygtig i forhold til prisen på kemikalierne, der er lavet af olie,« fastslår Esben Taarning.

Haldor Topsøe er nu så tæt på en brugbar løsning, at virksomheden regner med at fortsætte udviklingsarbejdet, efter at Biomass for the 21st Century afsluttes næster år.

Renhed er afgørende

Haldor Topsøe har blandt andet testet flere forskellige sukkerprøver for at se, hvordan urenhederne i dem påvirker katalysen.  

»Vi er nået frem til, at vi kan tolerere nogle typer urenheder, mens vi ikke kan tolerere andre typer urenheder så godt. Det giver en masse brugbar viden om, hvordan vi fremadrettet skal udvikle den nye teknologi,« fortæller Esben Taarning.

Han forklarer, at det er nemmest at arbejde med førstegenerationssukker som for eksempel sukker fra sukkerroer eller glukosesirup fra majs, der er renere end andengenerationssukker, som kan laves fra for eksempel halm eller træ.

»Renheden er afgørende i forhold til, hvor meget produktionen kommer til at koste, så foreløbig fokuserer vi på førstegenerationssukker, og så ser vi, om ikke vi kan udvikle metoder til at bruge andengenerationssukker i fremtiden,« siger han.

LÆS OGSÅ: Dansk forskning baner vejen for billig biobrændsel

Kritik af nye biomassekraftværker

Mens alverdens eksperter forsker i, hvordan man bedst kan bruge biomassen, kører der samtidig en diskussion om, hvor meget man overhovedet bør satse på den.

Således har der blandt andet været kritik af danske kraftværkers store investeringer i biomasse.

En af de mest markante, kritiske stemmer tilhører professor Jørgen Eivind Olesen fra Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet.

»Det er fornuftigt, hvis man omstiller de eksisterende kulkraftværker til biomasse. Men det er en hel anden sag, hvis man har tanker og planer om at bygge nye biomassekraftværker. Og det er man jo begyndt på som en konsekvens af det nuværende tåbelige afgiftssystem, der fritager biomasse for energiafgifter, mens alt andet, inklusive vedvarende energi fra for eksempel vind, er pålagt afgifter,« siger Jørgen Eivind Olesen.

Tvivl om reelle nedgang i CO2-udslippet

Jørgen Eivind Olesen peger på flere problemer i forbindelse med brug af biomasse til fjernvarmeforsyningen.

Dels er biomasse ikke nær så grøn som for eksempel vind- og solenergi.

Dels bliver de træpiller, man fyrer med, ofte købt i udlandet, hvor man langtfra altid har samme krav om plantning af nye skove, som man ellers har i Danmark. Færre skove er ensbetydende med et større samlet CO2-udslip.

»Når man fælder en skov, giver det en større udledning i en periode, der typisk varer flere årtier,« fastslår Jørgen Eivind Olesen.

Haldor Topsøe biobrændsel katalysatorpiller shipping

Forskere fra Haldor Topsøe i gang med deres arbejde. (Foto: Haldor Topsøe/Esben Taarning)

Nedgang af kulstofindholdet i jorden

Når man så bruger biomasse fra landbrugsmarkerne, skal man passe på med, at jorden ikke bliver udpint.

Det er faktisk allerede blevet en udfordring flere steder i Danmark, fortæller Jørgen Eivind Olesen:

»Hvis vi skal have holde fast i frugtbarheden af vores landbrugsjord, kræver det, at der bliver tilbageført organisk materiale, og det er simpelthen for lidt, hvis man kun efterlader rødder og stubbe,« siger han.

»Der er problemer især i den østlige del af Danmark - på Sjælland, Fyn og Lolland-Falster - hvor man har en meget høj andel af blandt andet korn. Mange steder dér oplever man faktisk en konstant nedgang af kulstofindholdet i jorden. Det går ud over frugtbarheden og udbyttet, så der er efterhånden en hel del landmænd, der nægter at sælge deres halm.

LÆS OGSÅ: Enzym sætter fart i biobrændstof

Biomasse er en nødvendig nøgle

Selv om Jørgen Eivind Olesen mener, at vi skal passe på med at bruge biomasse, er han dog på ingen måde modstander af det:

»Mit argument er, at vi skal sørge for at bruge biomasse klogt, fordi biomasse er en begrænset ressource. Derfor skal den helst bruges dér, hvor vi ikke har andre alternativer til fossile brændstoffer,« siger professoren.

»Netop når vi taler om skibe og andre former for transport, er det meget svært at finde andre grønne alternativer. Dér ser biomassen ud til at være en nødvendig nøgle i de kommende årtier.«

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud