90 procent av världens alla frakter sker till sjöss, men det talas inte så mycket om sjöfartens klimat- och miljöpåverkan. Oceanbird är ett samarbetsprojekt mellan Alfa Laval och Wallenius-rederiet där de utvecklat ett helt nytt koncept för att kunna framföra ett fartyg med hjälp av vind. För att kunna hantera de stora krafterna är hydraulik en nödvändig del av lösningen.
Det finns ett stort intresse för att kunna transportera gods mer miljövänligt och även om sjöfart är ett energieffektivt sätt behöver även den bli ännu mer hållbar.
– Då så stor andel av godstransporterna sker på sjön innebär det en stor fartygsflotta på ca 60 000 fartyg. Tillsammans står de för ca tre procent av de globala utsläppen av växthusgaser. Det innebär ca 940 miljoner ton CO2 årligen, vilket är mer än alla flygplan släpper ut, förklarar Jonas Alván, Senior Product Manager, Oceanbird.
Dessa utsläpp förväntas öka avsevärt om begränsningsåtgärder inte vidtas snabbt. Om man fortsätter ”business as usual”, kommer utsläppen att öka med 50–250 procent till 2050, enligt Internationella sjöfartsorganisationen (IMO). Därför har IMO satt upp ett mål att minska CO2-utsläppen med 40 procent per transportarbete från internationell sjöfart till 2030 jämfört med 2008.
Vind har många fördelar
Fördelen med att använda vinden är att den finns i princip alltid och är dessutom gratis. Det är därför framtidssäkert och med alla nya lagkrav som med säkerhet kommer att komma på mer hållbara transporter så är vinden ett mycket bra alternativ.
– Med många andra alternativa hållbara drivmedlen, som biobränslen eller flytande naturgas (LNG), används bland annat vindkraft för att framställa det alternativa drivmedlet. På det sättet försvinner nästan 90 procent av energin under produktionen och transport. Använder man vinden direkt på ett fartyg kan all energi användas till framdrivningen.
Oceanbird-konceptet visar att det är möjligt att minska utsläppen från fartyg med upp till 90 procent om alla utsläppspåverkande faktorer är samordnade. De slutsatserna baseras på datasimuleringar samt fysiska tester, till exempel vindtunneltest, modellprovning i öppet vatten och vattentankar och Lidar-mätningar.
– Oceanbird har utvecklats i ett treårigt svenskt FoU-projektteam bestående av Wallenius Marine, Kungliga Tekniska Högskolan och SSPA/RISE och med stöd av Trafikverket, berättar Jonas Alván.
Ett joint venture tar projektet vidare
Resultatet av forskningsprojektet blev ett förslag på en typ av vingsegel som mest påminner om en flygplansvinge. Det förslaget har sedan vidareutvecklats och sedan 2021 har Alfa Laval och Wallenius gått in i ett joint venture med syfte att börja tillverka och sälja vingseglen.
– Det är en stor fördel att det är två stora och etablerade företag som driver projektet vidare. Alfa Laval har kunskaper om produktutveckling, konstruktion och produktion och Wallenius har stor erfarenhet av sjöfart. Tillsammans har de resurser för att ro i land ett så pass komplext projekt, konstaterar Jonas Alván.
Man kan använda vingseglet på två olika sätt, antingen som i princip enda drivkraft eller för att komplettera motordrift. Hur mycket man kan spara beror på fartygets storlek och andra faktorer.
– Använder man ett vingsegel på ett normalstort RoRo-fartyg med motordrift kan man i snitt spara ca 600 ton drivmedel, eller 1920 ton CO2, på ett år på en gynnsam rutt.
Det vingsegel som nu utvecklats för RoRo-fartyg är 40 meter högt, och 14 meter brett vilket ger en yta på ca 560 kvadratmeter. Den största delen av vingseglet består av en stålmast och kompositpaneler gjorda av återvunnet PET-material som täcks av ett tunt lager glasfiberlaminat.
– Man kan använda vingseglet i alla vindar upp till ca 20 m/s, blåser det mer än så måste man fälla ner vingseglet för annars riskerar fartyget att kantra. En mycket viktig aspekt på vingseglets funktion är därför säkerheten, att det alltid ska gå att fälla ner.
Funktionen att vingseglet går att fälla ner har även andra fördelar, som att det går att fälla om man ska passera under en bro eller köra in i hamn.
Förutsätter hydraulisk kraft
För att styra och driva vingseglet har man valt hydraulik, vilket också är den enda möjliga lösningen.
– Krafterna är så stora att det inte skulle fungera med elmotorer. Hydrauliken används bland annat för den funktion som på en vanlig segelbåt sköts av skot, som gör att seglet står rätt mot vinden. Hydrauliken används även för att fälla vingseglet, något som ställer höga krav på hydraulikens tillförlitlighet.
Utvecklingsteamet på Oceanbird anlitade Örjan Andrén på Projekthydraulik som rådgivare och bollplank för att hitta de bästa lösningarna för hydrauliken.
– Förutom att själva Oceanbird-konceptet har en stark hållbarhetsprägel så ville vi även att hydrauliken skulle ligga i framkant med en hög energieffektivitet. Där har Örjans djupa kunskaper om både hydraulik och styrsystem varit till stor hjälp, förklarar Jonas Alván.
För Örjan Andrén har det varit både ett utmanande och roligt projekt.
– Det har varit väldigt spännande att få vara med i det här avancerade utvecklingsprojektet tillsammans med en massa kunniga personer. När det gäller hydrauliken var det främst två stora utmaningar vi hade att hitta lösningar på. Det ena var att kombinera en låg energiåtgång med en avancerad funktion och det andra var att i alla moment tänka in säkerhetsaspekterna, att hydraulikfunktionen aldrig får fallera.
För att kunna hantera de stora krafterna har de använt 4 stora hydraulikcylindrar med en diameter på 600 mm vardera.
Tagit hydrauliksystemen ett steg till
Örjan Andréns roll har varit att komma med förslag på lösningar som sedan de anlitade underleverantörerna utvecklat vidare i nära samarbete med projektledningen.
– För att lyckas hålla nere förlusterna med en bibehållen hög funktion har vi undvikit att använda flödesstyrande ventiler, ventilerna styrs i stället direkt från pumparna för att hålla nere motståndet i systemet samtidigt som lasterna kan kontrolleras. Vi har även integrerat styrsystemet så man bara bromsar när man behöver det, även det för att hålla nere förlusterna.
Andra problem de haft att hantera när de konstruerat hydrauliksystemen är att de befinner sig på en båt där krafter från exempelvis vind och vågor också påverkar systemen.
– Det är ju ingenting vi har kunnat ändra på, så vi har utgått från den situationen och sedan hittat lösningar för hydrauliken som fungerar där.
Det har exempelvis gällt att få saker som fjädringar i stålstativen och kompression av oljan stabil i de föränderliga omständigheterna samtidigt som man ska uppnå så hög energieffektivitet som möjligt.
– Det har varit en av de svåra utmaningarna att lösa. Vi hade utan problem kunnat göra en konventionell lösning med stora förluster och vetat att det skulle fungera. Men projektledningen har velat ta utvecklingen av även hydrauliken ett steg till, vilket har varit både kul och utmanande, förklarar Örjan Andrén.
Har byggt upp en hydrauliklabb
För att nå högsta möjliga energieffektivitet under rådande förhållanden använder de en kombination av frekvensstyrda och variabla elmotorer som driver pumparna.
– På sikt går det nog mot mest frekvensstyrning, men till att börja med kombinerar vi dem.
De har även tagit fram ett mindre labbsystem för hydrauliken så att de som jobbar i projektet med styrsystem och annat ska kunna testa sina lösningar ihop med hydrauliken i tidiga skeden av utvecklingen.
– Kunskaperna om hydraulik är begränsad hos de som jobbar med elektroniska lösningar, så labbsystemet är ett sätt att ge dem möjligheter att lära sig mer om hur hydraulik fungerar och samspelar med andra system. Jag har också lärt mig mycket under det här projektet, både om hur man kan utveckla hydrauliksystem ett steg till och om samspelet mellan hydraulik och exempelvis avancerade styrsystem, berättar Örjan Andrén.
Minskar luft- och ljudföroreningar
Förutom att minska luftutsläppen har Oceanbird också andra fördelar som att minska ljudföroreningarna under vattnet.
– Oceanbird-fartygen kommer vara mycket tystare i vattnet eftersom det kommer att vara mindre ljud från generatorer eller motorer med propellerkavitation. Detta kommer att betyda mycket för valar och andra marina däggdjur som är beroende av hörsel för att navigera, fortplanta sig och hitta föda, förklarar Jonas Alván.
Vägen framåt
Under våren kommer man att bygga två prototyper för att testa vingseglen i praktisk drift.
– Det ena kommer vi placera på land utanför Landskrona i slutet av våren. Att det kommer stå på land är för att vi ska få möjlighet till övervakning av alla system och kunna analysera funktionerna under gång. Den andra prototypen kommer i slutet av hösten placeras på Wallenius Wilhelmsens fartyg, Tirranna.
Parallellt med produktionen av de första vingsegelprototyperna fortsätter arbetet med konstruktionen av det första fartyget som bygger på Oceanbird-konceptet: Orcelle Wind.
– Den stora utmaningen där har varit att uppnå ett segelfartyg med hög seglingsprestanda samtidigt som det ska vara ett välpresterande motorfartyg med alla säkerhetskrav som ställs på ett motorfartyg.
Världens första vinddrivna RoRo
Wallenius Wilhelmsen, marknadsledare inom roll-on/roll-off (RoRo) sjöfart och fordonslogistik, har för avsikt att beställa det första fartyget från Oceanbird-konceptet. De kommer att kalla det för Orcelle Wind och det kommer att vara världens första vinddrivna RoRo-fartyg.
– Fartyget kommer vara 217 meter långt, 39 meter brett och med en höjd över vattnet på 70 meter. Det kommer utrustas med sex vingsegel och ha ett specialdesignat skrov. Utsläppen beräknas bli minst 50–60 procent lägre jämfört med konventionella fartyg som trafikerar regelbunden handel. Ambitionen är att börja segla 2027.
För att stödja byggandet av Orcelle Wind har Wallenius Wilhelmsen och 10 projektpartners, bland dem Oceanbird, säkrat en Horizon Europe-finansiering på totalt 9 miljoner euro. Det femåriga projektet heter Orcelle Horizon.
– En av de kvarstående utmaningarna att hantera är olika logistikproblem. Använder man vind som drivmedel så kan man inte garantera en viss leveranstid, det kommer bero på vindarna. Samtidigt kanske många kan acceptera att vänta någon vecka extra på en leverans om man vet att transporten varit betydligt mer hållbar, avslutar Jonas Alván.
