Gassen som dannes på utedo en løsning for grønne fly
En hel verden venter på en mer miljøvennlig måte å fly på. Ammoniakk og en ring av flammer kan bidra til mer miljøvennlig flytrafikk.
Der noen prøver å kle taket på fly med solceller, eller å fylle tanken med brukt frityrolje, har forsker Nicholas Worth fra NTNU fått mange millioner fra EU for å studere en ring med flammer. Og lyden de lager seg imellom.
Kan forurense mindre
Dette arbeidet kan føre til mindre forurensning fra dagens flymotorer. Eller at det i fremtiden er mer økonomisk å bruke miljøvennlig drivstoff på tanken.
Noe av det mest helseskadelige i eksos er nitrogenoksider. Dette er en luktfri og fargeløs gass som dannes når motorer forbrenner ved høy temperatur. Mennesker med astma kan få nedsatt lungefunksjon av forurensning fra eksos. I verste fall kan det utløse astma. Diesel slipper ut mer enn bensin. Elbiler slipper ut ingenting. Fly slipper ut mye.
Mye forurensning på flyplasser
– På flyplasser er det mye av denne gassen. I tillegg kommer klimagassutslippene fra forbrenningen av selve drivstoffet, sier Worth.
Der noen mener at klimagassutslippene fra fly står for to prosent av globale utslipp, mener andre at tallet er over ti prosent. Kanskje er det ikke noen som kan komme med et helt presist tall heller, men omregnet på individbasis er flyreiser en kilde til store utslipp per person.
- Les også: Forbruket vårt er verst for miljøet
For å forstå hvordan en ring med flammer kan føre til grønnere flytransport, må vi ta et bittelite dypdykk inn i flymotoren.
Gassdrevne motorer betyr at drivstoff forbrennes i et kammer. Tidligere har forskere studert en flamme av gangen. Nicholas Worth fra NTNU studerer 12 eller 18 flammer i en ring. Foto: NTNU
Fly drives av en form for parafin
Fly har en gassturbinmotor som drives av flybensin. Den er utvunnet av petroleum, og kan sterkt forenklet omtales som lampeolje eller parafin. Lite miljøvennlig, tenner lett og fungerer svært godt.
Her kommer arbeidet til Worth kommer inn.
Uansett om et fly skal drives av lampeolje, hydrogen, flybensin eller frityrolje så er det gassene som dannes når dette forbrennes ved høy temperatur som skaper energi og trykk til at flyet letter.
I flymotoren brennes drivstoffet av mange flammer inne i en sylinder som heter et forbrenningskammer.
Flammer som fusker trenger mer bensin
Selve sylinderen/forbrenningskammeret kan føre til at flammene fusker. Det vil si at de forandrer form, blafrer eller blir ustabile. På fysikkspråket kalles dette for termoakustisk ustabilitet.
Flammer som fusker vil lage en lyd. Lyden vil skape lydbølger som påvirker de andre flammene i sylinderen. På grunn av dette er det vanskeligere å designe flymotorer som har lave utslipp enn høye.
Frem til i dag har man forsket på denne prosessen ved å studere en flamme av gangen. Worth studerer mellom 12 til 18 flammer i en ring, i et utvalg av ulike forbrenningskamre og med ulike typer drivstoff som metangass, hydrogen og ammoniakk.
– Forbrenningskamre produseres i et stort antall størrelser, og de endres hele tiden. De vil være små i helikopter, store i jetfly og enorme i kraftstasjoner. I dag er det ingen som kan forutsi at en liten endring i kammeret vil føre til en endring for hele motoren. Eller hvordan flammene forandrer seg i kammeret ved skifte av drivstoff, sier Worth.
Internasjonalt gjennombrudd
Worth har allerede oppnådd resultater av sin forskning. De er omtalt som et internasjonalt gjennombrudd, og kan bli avgjørende for om motorprodusenter kan utvikle nye motorer med lave utslipp av klimagasser og nitrogenoksider.
– En grunnleggende forståelse for fysikken i ustabiliteten som skapes av flammer er nødvendig, slik at vi kan utvikle verktøy for å kontrollere dem, og unngå ustabilitet når motorer designes.
– Flybensin har sin forbrenning, mens for eksempel hydrogen forbrenner på en helt annen måte. Hvis man forstår dette vil man lettere kunne designe motorer som blant annet kan forbrenne på lavere temperatur. Alt dette vil føre til mindre forurensning fra eksosen, sier Worth.
Yara blant verdens største produsenter
Hydrogen er gass som dannes fra vann. Dette fremholdes av flere forskere som det beste alternativet for miljøvennlig drivstoff, fordi det kan produseres og brukes helt uten klimagassutslipp.
Worth tror derimot at potensialet for ammoniakk er større enn hydrogen når det gjelder gassdrevne kraftstasjoner.
Ammoniakk er en fargeløs gass som danner basis for moderne gjødselsproduksjon. Dette er også gassen som dannes når urin blir stående, som for eksempel på en utedo. Foto: Colourbox
– Ammoniakk er lettere å frakte, lettere å lagre, og det kreves mindre trykk for å få denne gassen flytende enn hydrogen. Ammoniakk brenner også saktere enn hydrogen, sier Worth.
- Les også: Dette må du vite om hydrogen
Norskeide Yara er blant verdens største produsenter av ammoniakk. Den største eieren av Yara er den norske stat.
– En stor del av klimagassutslippene fra Norge kommer fra gassdrevne kraftstasjoner på offshore oljeplattformer. Denne naturgassen er fossilt brennstoff. Hvis ammoniakk eller hydrogen blir brukt istedenfor naturgass, ville dette vært en svært god måte å redusere klimagassutslippene fra Norge, mener Worth.
Fortsetter å bruke gammel teknologi som forurenser
Edgar Hertwich er professor ved både NTNU og Yale University. Han mener at teknologien for å redusere utslipp finnes allerede. Allikevel bygges ny infrastruktur for bruk av fossile brensler.
– Elbiler har blitt en suksess, enkelte steder er solenergi konkurransedyktig mot fossile brensler, og det har vært en uventet rask kostnadsreduksjon på havvind utenfor Storbritannia, sier han.
Til tross for dette så økte CO2-utslipp med to prosent i 2018.
– Grunnen er at vi fortsetter å bygge ut systemer basert på fossil energi, slik som flyplasser, motorveier og kullkraftverk. Nye teknologier hjelper ikke hvis vi ikke benytter anledningen til å gå bort fra de gamle. Det er derfor et paradoks at fossil energi fortsatt får mer i subsidier enn fornybar, sier Hertwich.
