Pingvinenes luft-triks kan hjelpe skipsbransjen
Bobler – smak på det ordet – det smaker brus, såpe, lek og velvære. Men visste du at luftbobler også kan redusere både drivstofforbruk og utslipp fra store skip?
Over 80 prosent av verdens gods målt i volum blir fraktet på skip. Denne transporten står for tre prosent av de globale drivhusgassutslippene, ifølge UN Trade and Development (UNCTAD).
– Mange tenker nok at vi ganske enkelt kan bytte ut drivstoff eller kanskje gjøre disse store skipene helt elektriske, men per i dag har ikke teknologien kommet så langt. Batteripakkene alene måtte tatt plassen til alt godset som skulle fraktes, sier spesialrådgiver i SINTEF, Kourosh Koushan.
– Den raskeste måten å få ned utslippene fra havets godstrafikk på, er å gjøre skipene så energigjerrige som mulig.
Det er her luftbobler kommer inn i bildet. Og pingviner, for den saks skyld.
“Smører” med luft
Alle barn som har lekt med båt i badekar eller dammer, kan fortelle deg at det er litt tungt å få lekebåten til å kjøre fort. Man må bruke litt krefter, og slipper man den, så stopper den relativt fort. Dette er fordi båten møter motstand i vannet.
Dette fenomenet er overførbart til store skip. 70-80 prosent av motstanden skipet opplever, kommer fra møtet mellom skrog og vann. Denne motstanden kan motvirkes av bobler, som kan senke den med 10-20 prosent. Denne ideen kommer fra naturen hvor pingviner slipper små bobler fra fjærene for å bevege seg raskere gjennom vannet.
Dette lasteskipet hviler til kai i Rotterdam i Nederland. Hadde skipet klart å spare 20 prosent av energien det bruker til havs, ville det kommet både rederen og klimaet til gode. Foto: iStock
Ved å presse luft ned under skroget med kompressorer, lages et tynt luftlag som gjør at skipet ikke er i like stor direkte kontakt med vannet. Målet er å få et ‘boblelag’ som omfavner så mye som mulig av den flate bunn-delen av skroget.
Men alle som har blåst såpebobler vet at bobler sprekker før eller siden. Når den store bobla sprekker, dannes det mange små. Men selv disse kan ha en positiv effekt.
Det store spørsmålet er hvordan vil lufta oppføre under skroget? Blir det laget bobler? Blir det laget luftlommer? Hvordan oppfører disse seg? Disse delvis ubesvarte spørsmålene gjør at beregningene av motstand blir unøyaktige.
– Selv om vi vet at luftsmøring fører til reduksjon av drivstoff-forbruk, så er det veldig vanskelig å forutsi hvor effektivt et luftsmøringssystem blir før det settes i drift.
– I tillegg er det veldig vanskelig å studere oppførselen til boblene i full-skala i et operativt skip. Derfor er laboratorietester fremdeles veldig viktig for å bedre forstå hvordan disse systemene fungere, forklarer seniorforsker Luca Savio.
Hvordan kan vi studere bobler under vann?
For å forstå mer om hvordan luftsmøring fungerer, bruker forskerne både eksperimenter i laboratorier og numeriske verktøy for å analyses boblene. Hvordan beveger de seg, når og hvor sprekker de, hvilken effekt har det?
Luft som passerer den flate bunnen på skroget. Bildet er tatt i Kavitasjonstunellen ved SINTEF. Foto: SINTEF.
Med årene har forskerne utviklet metoder som kan måle hvor mye motstand man kan hindre med luftsmøring. De kan også følge en enkelt boble ved hjelp av avanserte høyhastighetskamera. Dette gjør det mulig å studere den grunnleggende fysikken bak.
I tillegg brukes det avanserte matematiske verktøy for å analysere effekten av luftsmøringssystem på forskjellige typer skip og samspillet med propellen. Det gjør det mulig å forbedre systemene.
Litt forenklet kan vi si at det er algoritmer som teller boblene: Hvor mange er de, hvor store, hvor fort beveger de seg, og hvor langt er de fra skroget? Samtidig måles friksjonen mellom skroget og vannet med og uten luft, for å se på forskjellene. Dette påvirkes av nemlig av boblenes egenskaper.
Mye må klaffe samtidig
Det er altså et intrikat samspill mellom skrogdesign, luftsmøring og valg av propeller som må til: Alt skal klaffe for at luftsmøring skal fungere optimalt. Blir det feil, kan det føre til økt energibruk.
Det kreves energi til kompressorene som pumper luft under skroget. Dersom alle deler av systemet ikke er optimaliserte, kan energi-regnestykket ende opp i minus.
Samspillet med propellen er også viktig: Boblene bør ikke finne veien dit – det kan også kan redusere effektiviteten. Det gjør at propelldesignet må tilpasses “boblesmøringen”.
Stort potensiale
Så langt er det kun noen få hundre av verdens 50 000 skip som bruker eller har bestilt luftsmøringssystem.
– Luftsmøringssystemer har tradisjonelt blitt installert på eksisterende skip, som betyr at skipsskrog, propell og maskineri ikke er konfigurert optimalt for å utnytte det fulle potensialet til systemene, sier Savio.
Flere nye skip har blitt laget med luftsmøring. Men det finnes fremdeles ikke klare retningslinjer for hvordan slike skip skal designes, og derfor er det en risiko for at vi ikke oppnår de ønskede besparelsene.
– Hvis klimaeffekten av luftsmøring tas med i regelverk, vil det gi insentiver for de som bruker luftsmøringssystemer. Det kan også hjelpe med å overbevise flere rederier å ta de i bruk, konkluderer han.
Fakta:
Forsøkene på luftsmøring skjer i kavitasjonstunellen hos SINTEF. Kavitasjonstunellen ble opprinnelig bygd i 1967 og oppgradert i 2019. Den er mye mindre enn et skip, men stort nok til å teste luftsmørings-systemer, og kan oppnå like høye vannstrømmings-nivåer som skip utsettes for til havs.
Vinduer langs tunellen gjør det mulig å telle, måle og spore luftbobler.
Luftsmøring var ett av temaene da over 60 industrirepresentanter og forskere samlet seg til den første internasjonale konferansen om Luftsmøring, på Norsk havteknologisenter i Trondheim i juni.
De fleste leverandører av lufsmøringssystem var representert (Alfa Laval, DAMEN, Foreship, Hyundai, Mitsubishi, Samsung og Silverstream), i tillegg til rederier, verft, propell-leverandører, klassifiseringsselskaper og annen tilhørende industri.
