Vaasan CHEK-hanke vie merikuljetuksia 2030-luvulle

Vaasan yliopiston johtama kolmivuotinen CHEK – deCarbonizing sHipping by Enabling Key technology symbiosis on real vessels concept designs -hanke (2021–2024) näyttää vähähiiliselle merenkululle suuntaa.

Hankkeen kehittämissä ratkaisuissa yhdistyvät uudet alusmallit ja tekniikat, joita voidaan asentaa olemassa oleviin aluksiin. Siinä tutkitaan ratkaisuja, jotka parantavat laivojen energiatehokkuutta ja vähentävät hiilidioksidipäästöjä. Hanke tukee IMO:n tavoitetta merenkulun kasvihuonekaasupäästöjen painamisesta nettonollaan vuoden 2050 tienoilla.

”Suurin haaste päästöttömien alusten kehittämisessä ei ole uusien teknologioiden kehittäminen, vaan jo olemassa olevien, erilaisten teknologisten innovaatioiden integrointi. Tuomalla johtavat innovaatioyritykset yhteen pystymme poistamaan nämä esteet ja kehittämään mielenkiintoisia synergiaratkaisuja”, sanoo tiedotteesssa CHEK-hankkeen koordinaattori ja Vaasan yliopiston energian ja kestävän kehityksen VEBIC-tutkimusalustan johtaja Suvi Karirinne.

Tunnustusta EU-komissiolta

CHEK-konsortiossa on laaja joukko asiantuntijoita, 15 tekijää: kaksi yliopistoa sekä varustamoja, luokituslaitos, laivasuunnittelu-, energiateknologia- ja muita pienempiä teknologiayrityksiä. Hanke saa rahoitusta EU:n Horisontti2020-ohjelmasta

CHEK-hankkeessa uusia innovatiivisia teknologioita testataan aidossa ympäristössä, eli ne asennetaan ja testataan olemassa olevissa, normaalisti liikennöivissä aluksissa. Koronaepidemia sekä inflaatio ovat omalta osanneet lisänneet haasteita, mutta VEBICin koordinaattoritiimin asiantuntijat ovat varmistaneet, että hanke etenee.

”Tiimimme on konsortiopartnereihin yhteydessä päivittäin, jotta mahdolliset haasteet saadaan ratkaistua mahdollisimman nopeasti”, Karirinne sanoo.

Hanke sai äskettäin Euroopan komissiolta tunnustuksen panoksesta kestävämpään merenkulkuun. Komissio listasi sen menestystarinaksi (Research and Innovation Project Success Story).

Teknologioita testataan aluksilla

Hankkeessa kehitettyjä teknologioita testataan muun muassa Cargillin irtolastialuksessa, jossa käytetään tuulienergiaa purjetta hyödyntämällä. Lisäksi MSC Cruisesin matkustaja-aluksen alussuunnittelussa on mukana vetykäyttöinen laivamoottori, jota testataan laboratoriossa.

Aluksista saatavan datan avulla voidaan tehdä johtopäätöksiä siitä, kuinka paljon teknologioiden avulla voidaan säästää polttoaineitta tai parantaa energiatehokkuutta. Teknologioita yhdistelemällä pystytään vähentämään 99 prosenttia laivan kasvihuonekaasupäästöistä, saamaan jopa 50 prosentin energiasäästö ja vähentämään mustan hiilen päästöjä yli 95 prosenttia.

Uusia teknologioita ei noin vain lisätä laivoihin, vaan hankkeessa kehitetty uusi suunnittelualusta, Future-Proof Vessel (FPV) Design Platform, auttaa ottamaan ne käyttöön fiksusti. Alusta yhdistää uudet teknologiat mahdollisimman hyvin, jotta ne toimivat hyvin yhteen toistensa kanssa. Suunnittelualusta huomioi myös laivojen erilaiset käyttötavat.

Uuden laivasuunnittelumenetelmän avulla kahden testialuksen tuloksia voidaan soveltaa myös muihin alustyyppeihin kuten tankkereihin, konttialuksiin, muihin rahtialuksiin sekä autolauttoihin.

Tuulta purjeisiin ja vetyä moottoreihin

Syksyllä 2023 hankkeessa saavutettiin tärkeä virstanpylväs, kun Cargillin Pyxis Ocean, maailman ensimmäinen tuulipurjeilla varustettu rahtilaiva, lähti matkaan kohti Brasilian Paranaguáa. Tuulivoimaa hyödyntävillä purjeilla alennetaan polttoaineen kulutusta ja hiilidioksidipäästöjä. Vielä on liian aikaista tehdä yksityiskohtaisia johtopäätöksiä kiinteiden purjeiden suorituskyvystä, mutta ensimmäiset testitulokset teknologiasta ovat olleet rohkaisevia.

”Aluksen matkoja seurataan seitsemän kuukauden ajan. Näin saamme mahdollisuuden testaukseen, vikojen korjaamiseen ja oppimiseen sekä keräämiemme tietojen että aluksen miehistöltä saatavan arvokkaan palautteen pohjalta”, Karirinne sanoo.

Toinen merkittävä osa hanketta on Wärtsilän uudenlaisen vetykäyttöisen laivamoottorikonseptin kehittäminen. Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat ovat mukana kehittämässä ja suunnittelemassa polttomoottoreiden vetypolttoainejärjestelmän prototyyppiä.

”Vaasan yliopiston energiatekniikan tutkijat osallistuvat vetykäyttöisen laivamoottorin ja sen polttoainejärjestelmän kehittämiseen. Tarkoituksena on rakentaa täysimittainen vetymoottoriprototyyppi, jota testataan Vaasassa. Kehitettävä polttoainejärjestelmä mahdollistaa vetykäytön myös Vaasan yliopiston VEBIC-tutkimusalustan polttomoottorilaboratoriossa. Järjestelmä suunnitellaan niin, että se palvelee tarvittaessa myös polttokennoja ja sallii muidenkin kaasujen käyttämisen”, kertoo Vaasan yliopiston energiatekniikan professori Seppo Niemi.

Käytännön tuloksia

Hankkeessa on kehitetty useita teknologioita, kuten Silverstream Technologiesin ilmavoitelujärjestelmä, HASYTECin ultraäänellä toimivat kiinnittymisenestolaitteilla varustetut runkoprototyypit ja Climeonin hukkalämpöä energiaksi muuntava teknologia. MSC Cruisesin suunnitteleman reittioptimointiteknologian avulla laivayhtiöt voivat suunnitella reittejä, joissa huomioidaan ympäristönäkökulmat sekä kaupalliset ja tekniset vaatimukset.

Hankkeessa syntyneitä teknologioita on jo otettu käyttöön Irtolasti- ja risteilyaluksissa, joihin on asennettu ultraäänellä toimivia kiinnittymisenestolaitteita ja niitä on varustettu reittisuunnittelujärjestelmillä. Ne ottavat huomioon vallitsevat ilmakehä- ja merenkäyntiolosuhteet tehokkaimman kulkureitin tarjoamiseksi.

”Tavoitteenamme on osoittaa integroitujen CHEK-teknologioiden tehokkuus energiatehokkuuden parantamisessa, polttoaineen kulutuksen pienentämisessä ja päästöjen vähentämisessä ennen hankkeen päättymistä”, Karirinne sanoo.

Hanke pyrkii osoittamaan tuloksia uusien teknologioiden tehokkuudesta sidosryhmille, jotka ovat kiinnostuneita investoimaan uusiin teknologioihin. Konsortio toteuttaa teknologiakohtaisia työpajoja ja jatkuvaa yhteydenpitoa tärkeimpien sidosryhmien kanssa, ja hankkeeseen sisältyvät vuosien 2030 ja 2050 skenaariot CHEK-teknologioiden käyttöönotosta.

”Hankekumppanit ovat jo olleet yhteydessä potentiaalisiin asiakkaisiin, ja näemme mielenkiintoisia hyödyntämismahdollisuuksia yksittäisten teknologioiden tasolla”, Karirinne toteaa.

CHEK-hankkeen ansiosta Vaasan yliopistolla on pian täysimittaiset tilat jopa vetykäyttöisten moottoreiden tutkimiseen. Se antaa yliopistolle mahdollisuuden jatkaa uusien moottorityyppien kehittämistä, optimoimaan niitä ja havainnollistamaan vetyyn perustuvaa sähköntuotantoa.