Måske er smålandsøer og færger ikke det første, der falder dig ind, når du tænker på smarte teknologiske løsninger, der kan gøre vores aftryk på kloden og klimaet mindre. Men det kan du begynde på nu.
For på Ærø er en europæisk projektgruppe ved at søsætte 'Ellen', der er en ny passagerfærge, der udelukkende sejler på elektricitet.
\ Ellen er nu søsat
Bemærk, at artiklen her er fra november 2018. Ellen blev søsat 15. august 2019 og evalueret efter et års brug.
Du kan læse om de positive erfaringer med Ellen i artiklen Forskere efter overraskende gode forsøgsresultater: Danske færger bør sejle på el.
»Det, der er specielt ved vores færge, er, at den kan sejle knap 41 kilometer, hvilket er omkring 7 gange så langt som de eksisterende elektriske færger,« fortæller Trine Heinemann til Videnskab.dk.
Hun er projektkoordinator på Ærøs kommende elfærge og har i denne uge fremlagt resultaterne af tre års arbejde på EU’s konference for forskning og innovation.
Konferencen blev afholdt i Bruxelles, hvor Videnskab.dk var til stede.
Ifølge en udenforstående forsker behøver der ikke gå mange år, før færger som Ellen har indtaget sejlruter i Skandinavien.
»I løbet af fem til ti år vil elektriske færger sprede sig naturligt til de mindre ruter i Skandinavien, efterhånden som de gamle færger skal udskiftes. Men elektrificering af hele skibsfarten, så også containerskibe og cruiseskibe sejler på el, afhænger af, at batterierne bliver mere energitætte og billigere.«
Det siger Chresten Træholt, der er lektor ved Institut for Elektroteknologi ved DTU Elektro, til Videnskab.dk.
Læs med, og bliv klogere på den grønne færgefart.
I videoen kan du se, hvordan Ellen fungerer.
(Video: El-færge projektet E-ferry)
\ Fakta: Horizon 2020
- Europa-Kommissionens finansieringsprogram 'Horizon 2020' har givet 113 mio. kr. til projektet, mens Ærø Kommune selv har afsat 89 mio. kr. til færgen og havneanlæg.
- »E-færgeprojektet er et super eksempel på det forhold, at CO2-neutrale løsninger er derude – vi skal bare udvikle dem!«, skriver EU-kommissær for Forskning og Innovation, Carlos Moedas, i en mail til Videnskab.dk.
- Læs hele Carlos Moedas svar i boksen under artiklen.
Kilder: Elfærge-projektet E-ferry, Horizon 2020
Ellen er en fremtidsinvestering
Generelt er det en udfordring for store transportmidler som færger, lastbiler og fly at være elektriske, når de skal rejse over lange strækninger.
Det skyldes, at det kræver store mængder af energi lagret, som både tager plads fra anden last og kan veje rigtig meget.
Med en rækkevidde på 22 sømil er der 900 færgeruter i Europa, som principielt kunne omlægges, og så begynder det at batte på CO2-regnskabet
Trine Heinemann, projektkoordinator på elfærge-projektet E-ferry, ved EU's konference for forskning og innovation 17. november 2018.
At få Ellen succesfuldt i pendulfart mellem Ærø og henholdsvis Fynshav og Faaborg er derfor et udtryk for den udvikling og fremtid, der går langdistancetransport i møde, siger Chresten Træholt.
»Jeg vil kalde det en fremtidsinvestering, og i min optik går dette projekt i retning af både CO2- og partikelreducering – både her og nu og i det lange løb,« udtaler Chresten Træholt til Videnskab.dk.
Nu tænker du måske: Jamen hvad venter vi på? Søsæt de elfærger!
Men så let er det selvfølgelig ikke. For udviklingen af både klimamæssige og økonomisk bæredygtige energityper har stadig en del bump at forcere på ruten.
LÆS OGSÅ: Dyk med, når Ærøfærgens arter undersøges på 19 meters dybde
Ellen bruger samme batteri som din smartphone
I skroget på Ellen er der to rum, der hver indeholder 420 batterier, som i alt vejer 56 ton. Til sammenligning vejer en Tesla S-model omkring 2 ton, hvoraf batteriet udgør 600-700 kilo.
»Batterierne er det, man kalder høj-energi lithium-ionbatterier og er i sig selv ret standard,« fortæller Trine Heinemann.
Lithium-ionbatterier er også dem, du finder i din mobiltelefon, elbil og andre genstande, som kan genoplades. Det er de mange batterier, som gør Ellen i stand til at lægge hele 22 sømil bag sig på en enkelt opladning.
Det er altså ikke batterierne i sig selv, der er det nye ved Ellen, men derimod alt det omkring batterierne.
»Der, hvor vi primært har udviklet, er i forhold til sikkerhed og energitæthed. Kravene for begge dele er meget højere på færger end for biler og mobiltelefoner, hvor der slet ikke er så meget energi samlet på ét sted,« fortæller Trine Heinemann.
LÆS OGSÅ: Bliver batterier ikke snart bedre?
\ Elfærger i Norden
- 'Ampere' sejler 5,7 km fra Lavik til Oppedal ved kysten i Midtnorge og var verdens første fuldt elektriske færge i 2015.
- I Finland fik de 'Elektra' i 2017, en hybrid-færge, der sejler 1,6 km mellem Nauvo og Parainen på Finlands sydspids.
- 'Tycho Brahe', en af færgerne der sejler mellem Helsingør og Helsingborg, har sejlet med både batteri- og hybriddrift siden juli 2017.
Spiselig airbag-skum
Energitætheden handler om at få så meget energi komprimeret i batterierne som muligt, så pladsen og vægten, der bruges på energi til at sejle, er så lille som muligt.
Men den store mængde komprimerede energi udgør også en risiko.
»I meget specielle tilfælde, hvor der både opstår fejl i systemerne og i selve cellerne i batterierne, når de oplades aflades, kan cellerne blive overophedede og blive over 1.000 grader varme,« siger Trine Heinemann.
»Det får cellerne til at åbne sig og udsende gasser, så alt omkring bliver udsat for den enorme varme, og der kan opstå ild,« forklarer hun.
Et kølesystem holder batteriernes temperatur nede, men i nødstilfælde har holdet bag Ellen fået udviklet en ny form for skum, der virker ligesom en airbag og lægger sig rundt om batteriernes cellerne og køler dem, så varmen ikke spredes.
Skummen er tilmed så 'ren', at den faktisk kan spises.
Er batterier nu også den rigtige løsning?
Udfordringerne med energitæthed og sikkerhed kan måske få dig til at spørge, om Ellen virkelig er den rigtige løsning for en grøn omstilling af færgetransporten. Det er nemlig ikke kun en udfordring for passagerfærger, men alt fra biler, busser, lastbiler, skibe og fly.
Ifølge Chresten Træholt afhænger batteriernes fremtid som grøn løsning meget af, hvad der sker på batterifronten.
»Batterierne er i rivende udvikling. Det er svært at forudsige, hvor pris og teknologi er om bare et par år, om der er sket et gennembrud,« fortæller Chresten Træholt.
»En dag skal batterierne nok kunne klare de helt store containerskibe, men indtil da er der måske også brug for andre løsninger som hybridmotorer eller brændselsceller,« siger han.
For Chresten Træholt betyder det, at der slet ikke er tvivl om, at elektrificering er vejen frem, men om det bliver batterierne i skroget på Ellen, der først knækker koden til tung langdistancetransport, er ikke til at sige.
LÆS OGSÅ: Udfordringer holder i kø for fremtidens superbatteri
\ Fakta: Sådan virker brændselsceller
- Kort sagt handler det om at omforme energi til noget, der er nemt at opbevare, indtil man skal bruge det, hvorefter man laver det om til energi igen.
- Man sender energi, eksempelvis vindmølleenergi omdannet til vanddamp, igennem en stak stablede elektrolyseceller. De separerer oxygen og hydrogen.
- Hydrogenen, der er på gasform, kan bruges til brændsel, så den skal komprimeres og laves til eksempelvis metan, så den kan hældes på tanke, der eksempelvis kan opbevares i færgens lastrum.
- Når man vil bruge energien til at sejle, sender man metanen tilbage gennem elektrolysestakken igen, der nu kaldes brændselsceller. Vupti, så kommer der energi ud på den anden side!
Kilde: Henrik Lund Frandsen
Brændselsceller: En bedre løsning?
Derfor kan det give mening at se på andre muligheder end batterier, og ifølge Henrik Lund Frandsen, der er seniorforsker ved Institut for Energikonvertering ved DTU, er der også fremtid i en anden elektrisk løsning kaldet brændselscelleteknologi.
»Den korte forklaring er, at hvis man ser på energitætheden, så er den noget højere i brændslerne til brændselsceller end i batterier,« siger Henrik Lund Frandsen.
Brændselsceller minder meget om batterier, fordi de også leverer elektricitet til en elmotor.
Forskellen er, at der kan være meget mere energi på mindre plads og med lavere vægt i brændstofferne, når man bruger brændselsceller.
LÆS OGSÅ: Sådan virker en brændselscelle
Der findes to typer brændselsceller, der umiddelbart anses for at være egnede til skibsfart: Lavtemperatur- og højtemperaturbrændselsceller.
»Lavtemperaturbrændselsceller er lidt mere udviklede og bruges allerede til biler, gaffeltrucks og droner. Men man skal bruge platin i dem, og det er en begrænset ressource,« siger Henrik Lund Frandsen.
Derudover skal hydrogenen være meget ren, når man bruger lavtemperaturbrændselsceller, for ellers mister de deres virkningsevne hurtigt og vil til sidst ikke kunne anvendes.
»Højtemperaturbrændselsceller kan derimod tage en vifte af forskellige brændsler. De futter det hele af og kunne være et rigtig godt bud til store fartøjer som containerskibe,« fortæller han.
Dyrere end fossile brændstoffer
Det lyder jo meget godt, men der er selvfølgelig et stort 'men' – og ikke mindst en god grund til, at vi ikke allerede har taget denne løsning i brug: Det er endnu for dyrt!
»Vi bruger ikke brændselsceller på grund af prisen. Groft sagt er olie nærmest gratis at pumpe op af jorden, og når energi er så billig, er konkurrencen for brændselsceller hård. Teknologien skal udvikles mere, vi skal bruge den til mere, og flere enheder produceres, før den bliver prismæssig fornuftig,« siger Henrik Lund Frandsen.
\ Red Verden
I en serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden. Vi tager fat på en lang række emner fra atomkraft over økonomi til små råd til hverdagen. Hvad siger videnskaben om mulige muligheder?
Du er altid velkommen til at kommentere under de enkelte artikler. Du kan også følge med på Facebook i overvejelser om artikler eller debattere måder at redde verden på.
Det betyder, at det er billigere for de store virksomheder, der lever af at transportere passagerer eller containere, at sejle på eksempelvis diesel end at investere i brændselsceller.
Derfor mener Henrik Lund Frandsen, at det handler om politisk regulering, der skal få transportvirksomhederne til at se sig om efter andre løsninger end fossile brændstoffer.
»Transport til vands bliver først elektrisk, den dag man politisk sætter en grænse for, hvor meget CO2 skibsindustrien må udlede. Indtil da kommer brændselsceller ikke til at konkurrere med almindelige motorer,« siger han.
Denne pointe vinder genklang hos Chresten Træholt, for økonomi og politik spiller også en stor rolle for batteriernes udbredelse.
»I sidste ende er jeg sikker på, at el bliver den primære energikilde til alle typer transport. Men om det bliver hybrider, batterier eller brændselsceller afhænger af prisen, hurtigheden af de teknologiske gennembrud og politisk regulering,« udtaler han.
LÆS OGSÅ: Så billigt er det at få Danmark til at køre på kun grøn energi
LÆS OGSÅ: Efter TESLA: Danske forskere giver deres bud på fremtidens energilagring
\ Derfor har EU valgt at støtte Ellen
På konferencen i Bruxelles denne uge blev en række innovative projekter, som EU har støttet, præsenteret. Seniorforsker ved DTU Henrik Lund Frandsen peger på, at brændselsceller kan give en længere rækkevidde end de lithium-ion batterier, der ligger i skroget på Ellen, og han mener også, at EU ser i den retning.
»Et af EU’s nye forskningsopslag peger på, at de gerne vil støtte forskning i brændselsceller,« siger Henrik Lund Frandsen og henviser til opslag fra EU, der hører under 'Horizon 2020'-programmet – det samme, som støtter elfærgen på Ærø.
I den forbindelse har vi spurgt forsknings- og innovationskommissær, Carlos Moedas, om, hvilke projekter de støtter og hvorfor.
Herunder kan du læse et uddrag af de svar, han har sendt os på e-mail, samt den fulde forklaring på, hvorfor Ellen vandt unionens hjerte.
Hvorfor er det vigtigt for EU at støtte projekter som elfærgen på Ærø?
»E-færgeprojektet er et fremragende eksempel på, hvordan vi kan samle de lyseste talenter i Europa. Otte partnere fra Danmark, Finland, Norge, Grækenland, Tyskland og Schweiz har udviklet denne gamechanger indenfor CO2-neutrale mellemstore færger. Denne uge offentliggør EU-Kommissionen den europæiske strategi for CO2-reduktion. Forskning og innovation er en fundamental del af denne strategi. Jeg er optimistisk omkring, at hvis vi investerer i forskning og innovation, kan vi skabe en job-stærk, CO2-neutral fremtid for Europa, hvor vores livskvalitet forbedres. E-færgeprojektet er et super eksempel på det forhold, at CO2-neutrale løsninger er derude – vi skal bare til at udvikle dem!«
Hvilke værdier ligger til grund for valget af de projekter, som præsenteres på konferencen?
»Vi så på hvilken effekt og gavn, projekterne havde forhold til borgere, da vi valgte dem til konference. Forskning og innovation er komplekst i sin natur. Det kan være svært at forklare effekten af et bestemt projekt, når opdagelserne måske er en brik i et større puslespil. Men disse vigtige opdagelser er det, der bringer vores samfund fremad og ændrer vores liv til det bedre.«
»Historierne bag de udvalgte projekter vil hjælpe os med at vise, at Europæisk forskning og innovation leverer konkrete forbedringer for alle europæere. Eksempler på de projekter der præsenteres er robotten der kan tage sig af unge og gamle, forskning i hvordan diæt kan give bedre syn og udviklingen af alternativer til plastik.«
Hvorfor er det vigtigt for EU at støtte forskning og innovation?
»Den foreløbige vurdering af 'Horizon 2020'-programmet viste, at det hjælper med at skabe arbejdspladser og vækst, tackle vores største sociale udfordringer og forbedre folks liv. Det viser, at programmet har en tydelig værdi for Europa og producerer påviselige fordele sammenlignet med national eller regional støtte. I maj 2018 har programmet støttet over 18.000 projekter med over 31 milliarder euro uddelt.«
»Med vores forslag til 'Horizon Europe' – det næste forsknings- og innovationsprogram – vil vi bygge videre på denne succes og fortsætte med at gøre en reel forskel for borgere og samfund. Vi ønsker at fastholde EU i spidsen for global forskning og innovation. Med et forslag til budgettet på 100 milliarder euro er 'Horizon Europe' det mest ambitiøse forsknings- og innovationsprogram nogensinde.«
Til sidst spurgte vi kommissæren om, hvad EU's område for forskning og innovation vil fokusere på i fremtiden, og hvor meget klima og miljø vil komme til at fylde. Her er de vigtigste fakta, som Carlos Moedas præsenterede:
- Det nye program 'Horizon Europe' vil løbe fra 2021-2027 .
- Kommissæren har foreslået at øge budgettet til 100 milliarder euro. Det er endnu ikke vedtaget.
- Eksempler på projekter: Kræft, ren transport og plastikfrie have.
- De ønsker at bruge en markant del af budgettet på projekter, som arbejder med FN's bæredygtighedsmål.
- 35 procent af budgettet skal bidrage til klimaprojekter, herunder bæredygtigt miljø.
\ Spiseligt skum, ladestation på rampe og smarte skrog – her er nogle af de nye opfindelser på Ellen
Batterierne på Ellen bruges allerede i mange genopladelige elektroniske ting som mobiltelefoner, biler og droner. Men søsætningen af Ellen har dog krævet en del udvikling på andre områder, for at batterierne kunne bruges til sejlads.
»Projektet har været en sjov spiral af innovation. Der er en masse ting rundt om batterier, som er nye opfindelser,« siger Trine Heinemann.
Herunder kan du læse om et par af de nye opfindelser, som Ellen har ført med sig.
Spiseligt skum
Der er meget høje krav til sikkerheden på færger, så selvom risikoen for, at der skulle ske en fejl med batterierne er meget lille, har det været nødvendigt at udvikle en ny måde at sikre batterierne på.
Hvert batteri er omgivet af køleplader og temperaturmålere, som hele tiden sørger for, at batteriernes temperatur ikke bliver for høj. Hvis temperaturen stiger til mere end 50-60 grader celsius, så lukker systemet for den del af batterierne der er for varme.
Men der skal mere til at leve op til sikkerhedskravene.
I det sjældne tilfælde, hvor der skulle opstå en fejl i både cellerne i batterierne og kølesystem samtidig, kan batteriernes temperatur stige til 1000 grader, og derfor har holdet bag ellen fået udviklet et såkaldt køleskum.
»Skumsystemet er vores form for ’airbag’. Skummet ligger i nogle tanke i tekniske rum under dæk, og udvider sig ved forhøjet tryk, og køler cellerne i batterierne ned, så varmen ikke når at sprede sig og skabe brand,« forklarer Trine Heinemann.
Skummet er lavet af 100 procent plantebaseret, giftfrit materiale, der ifølge Trine Heinemann er så rent, at man kan spise det.
»Skummets lugt og udseende får det ikke til at se videre appetitligt ud, men ifølge producenten, der har udviklet skummet til os, er det så rent, at mennesker kan spise det uden problemer,« siger Trine Heinemann.
Ladearmen er flyttet fra havn til rampe
Forestil dig en stikkontakt der sidder lige under loftet. Måske med undtagelse af basketspillere, er det et rigtigt upraktisk sted, hvis du eksempelvis gerne vil sætte din telefon til opladning. Man kan ikke nå.
En lignende udfordring har holdet bag Ellen været sat overfor, for færger ligger ikke altid lige akkurat i samme højde, hver gang de når i havn.
Den slags afhænger af tidevand og last, og derfor har det været vigtigt at opfinde en måde at få Ellen sat til opladning, også når hun lå en halv meter lavere end forventet, på grund af tung last og lavvande.
»Vi har bygget en ladearm på tilkørselsrampen til færgen, for den flytter sig med vandstanden og bilerne der kører ombord. Hvis den stod direkte på havnen, ville man komme i problemer, hvis færgen ikke lagde til i præcis samme niveau hver eneste gang,« siger Trine Heinemann.
»Det ville jo være ret katastrofalt, hvis man pludselig ikke kan lade mellem to ture.«
Energibesparende design
Ellens udseende og form er bestemt ikke tilfældigt, men indrettes så der spares mest muligt på energien.
Eksempelvis ligger passagerområdet på samme niveau som vogndækket, blandt andet fordi det sparer på den samlede vægt og giver mindre vindmostand, fordi der ikke er flere etager.
På den side af Ellen der ligger nede i vandet, er færgen smallere i enderne og fyldig i midten. Det afhjælper fremdriftsmodstanden og øger energieffektiviteten.
