Hvalens hale har inspirert til ny måte å utnytte bølgeenergi på. Foto: Photos.com.

Kunstige hvalhaler beveger skip

I over 150 år har folk forsøkt å utnytte bølgeenergi til å drive skip fremover. Nå er norske forskere i ferd med å lykkes.

HVALHALER: Noen ser på bølger som bortkastet energi. Ved Institutt for Marin Teknikk på NTNU i Trondheim er de kommet langt i arbeidet med å utnytte denne energien til å drive skip.

Modellbåt med foil. Baugen til venstre på illustrasjonen. Foto: Fridtjof C. Eitzen

Modellbåt med foil. Baugen til venstre på illustrasjonen. Foto: Fridtjof C. Eitzen

– Vi regner med at fartøyer kan spare rundt 20 prosent av drivstoffet på dette, sier professor Sverre Steen ved NTNU, som har jobbet med emnet siden 2008.

Tidligere forsøk på området har ofte gått ut på å finne frem til rene bølgedrevne skip. Men på NTNU prøver de i første omgang å redusere drivstofforbruket. 20 prosent bespart er et røft overslag, og det er avhengig av farvannet skipet seiler i, og spesielt av typen bølger. Noen bølger gir nemlig bedre resultater enn andre.

Bruker finner

Så hvordan fungerer dette egentlig? Kort fortalt, og selvsagt svært forenklet, monteres finner, kalt wave foils, på fartøyet. Bølgene vil få båten til å bevege seg, og siden finnen sitter fast i båten vil den slå opp og ned omtrent som en hvalhale. Det gir framdrift.

Noe av inspirasjonen bak bølgeenergi er nettopp hvordan delfiner og andre hvaler driver seg fremover ved hjelp av halefinnene. Kanskje var hvalfangere de første som så mulighetene i å drive båter med bølgekraft, for de la merke til at døde hvaler fremdeles ble drevet fremover når halene duvet opp og ned i dønningene? Foilen reduserer også skipsbevegelsene kraftig. Den stabiliserende effekten sparer drivstoff. I tillegg gir foilen en fremdrift i seg selv.

Større skala

Det har blitt skrevet mye om temaet, deriblant flere mastergradsoppgaver, og nå har professor Steen også fått med seg doktorgradsstipendiat Eirik Bøckmann på laget. Sistnevnte vant i 2013 delfinalen i Forsker Grand Prix i Trondheim og engasjerte både dommere og publikum med sin opptreden.

– Jeg forsøker å finne frem til et kontrollsystem som skal rotere vingen slik at den gir best mulig fremdrift til enhver tid, sier Bøckmann.

Forsøkene er utført i den 260 meter lange slepetanken og et 40 meter langt basseng ved Marintek. Bøckmanns oppgave på dette prosjektet var i utgangspunktet å finne den optimale vinkelen på foilen, eller undervannsvingen. Dette er forsøkt oppnådd ved hjelp av et kontrollsystem, men Bøckmann skal også snart teste en fjærbelastet foil. Foreløpige resultater tyder på at den gamle ideen med en fjærbelastet foil er vel så god som en aktivt kontrollert foil. Og ikke minst enklere.

– Jeg har brukt en 5,6 meter lang modell av et 90 meter langt forsyningsskip i forsøkene, forteller Bøckmann.

Se videoen til høyre som viser båt uten og med wave foil. 

Skip av denne lengden er velegnet for bølgefremdrift, da de beveger seg mye i typiske havbølger.

Kommersiell bruk

Bølgedrevne fartøyer kan så klart mistenkes for å være rene drømmerier, men det er slutt på tiden der dette var noe lokale oppfinnere slet med i årevis uten å få annet enn kortvarig oppmerksomhet og frustrasjon tilbake. Ved NTNU er de kommet mye lengre enn modeller og teori, mye takket være forskere som Eirik Bøckmann og professor Sverre Steen. Nå har de også skaffet seg en innflytelsesrik og aktiv partner i Rolls-Royce Marine i Ulsteinvik, som arbeider hardt med å utvikle et salgbart produkt. Det er forhåpentligvis klart innen to-tre år.

– Dette skal kunne brukes på handelsskip, sier professor Sverre Steen.

– Men dersom dette har vært kjent i 150 år, hvorfor er det ikke gjort noe med tidligere?

– De første 100 årene kan jeg ikke forklare, forteller Bøckmann.

Til å begynne med ble resultatene gjerne svært kjent for en kortere periode, før de ble ignorert eller glemt. Det kan ha en sammenheng med en like bølgende interesse for å spare energi ettersom prisene på drivstoff har gått opp og ned. Foreløpig er det en utfordring at skip som utnytter bølgeenergi vil være dyrere å bygge. Det må derfor bli lønnsomt å foreta denne ekstrainvesteringen fordi en sparer så mye energi på det.

Tidligere forsøk

Mange har altså forsøkt seg på noe lignende tidligere, med svært varierende hell. Den første var muligens Daniel Vrooman fra Hudson, Ohio, som tok patent på en bølgedrevet båt så tidlig som i 1858. Men han var nok flinkere til å tenke enn til å bygge, og det er ukjent om en båt noen gang ble laget etter hans tegninger.

Kraften på en vinge kan deles opp i to krefter: Løft og drag. Løftet står vinkelrett på innstrømningen, mens draget virker i samme retning som innstrømningen. Hvis foilen beveger seg vertikalt i forhold til vannet, som den jo gjør når bølgene beveger både båten (og dermed foilen) og vannet i seg selv opp og ned, vil resultantkraften på foilen gi framdrift, som figuren viser. Illustrasjon: Eirik Bøckmann

Kraften på en vinge kan deles opp i to krefter: Løft og drag. Løftet står vinkelrett på innstrømningen, mens draget virker i samme retning som innstrømningen. Hvis foilen beveger seg vertikalt i forhold til vannet, som den jo gjør når bølgene beveger både båten (og dermed foilen) og vannet i seg selv opp og ned, vil resultantkraften på foilen gi framdrift, som figuren viser. Illustrasjon: Eirik Bøckmann

Bygge gjorde derimot nordmannen Einar Jakobsen, en elektroingeniør fra Sørumsand. Allerede i 1978 begynte han på arbeidet med en såkalt foilpropell, som skulle erstatte eller supplere en vanlig skruepropell. Arbeidet falt til å begynne med sammen med oljekrisen, noe som var bra for finansieringen. Foilpropellen ble prøvd på en 20 meter lang båt. Men så falt oljeprisene til så lite som 15 dollar fatet, og interessen rundt energisparing falt.

Video i posten

Det er vel ikke fritt for at Jakobsen ikke ble tatt så alvorlig heller. En pakke han sendte til en professor ved NTNU i 1998 ble ikke åpnet før i 2010. Av ingen ringere enn Steen og Bøckmann.

Det de to fant i pakken var papirer som fortalte om Jakobsens arbeid, og ble supplert med en video som viste foilpropellen i praksis. Bøckmann har brevvekslet med Jakobsen, som i dag er en 90 år gammel mann, ved flere anledninger.

I dag er det flere som forsker på dette området, og Japan er antakelig kommet lengst i kommersiell bruk. Bøckmann har oppsummert de mange pionérenes arbeid på en egen nettside. Den siden er verdt en titt.