Energy efficient and climate friendly cooling, freezing and heating onboard fishing vessels

Nasjonal og internasjonal fiskeindustri har både store utfordringer men også muligheter for å kunne bidra til å redusere klimagassutslipp. For å håndtere dette er nye drivstoff og ny motorteknologi for fremdrift av fiskefartøy under rask utvikling. Men det er ikke bare drivstofforbruket knyttet til fremdrift som bidrar til utslipp av klimagasser. Ombord er det energikrevende utstyr for å holde fangsten kjølt/frosset, noe som sikrer kvalitet og holdbarhet. Man har også systemer for å produsere varmtvann til forskjellig bruk ombord i fartøyet. Ambisjonen med CoolFish-prosjektet var å bidra til utvikling av energieffektive og klimavennlige systemer for kulde- og varmeproduksjon ombord på fiskefartøy. Et kjøleanlegg kan bidra til global oppvarming på to forskjellige måter; indirekte pga. elektrisiteten som produseres for å drive kjøleanlegget, og direkte pga. kuldemedielekkasjer fra anlegget, når kuldemediet som brukes har høy GWP (global warming potential). De syntetiske kuldemediene som har vært mye brukt har en betydelig klimapåvirkning. Norge er i forkant med å erstatte disse kuldemediene med naturlige kuldemedier som ikke har noen negativ miljøpåvirkning, ved produksjon, bruk og etter anlegget tas ut av drift. Videreutvikling av disse integrerte kjølesystemene har vært en viktig del av CoolFish-prosjektet, samt global overføring av kunnskap og teknologi. En annen viktig måte å oppnå redusert klimapåvirkning på er å minimere energibehov for kulde- og varmeproduksjon ombord ved å integrere disse systemene. Konsepter for slike løsninger er utviklet for butikker og andre industrielle anlegg på land. I CoolFish har vi undersøkt ytelsen til en transkritisk CO2 varmepumpe med integrert kjøling (to trinns fordamper, med selvsirkulasjon og ejektorstøtte), både i laboratoriet og med modellering. Det er enda for tidlig å ta den i bruk om bord, men resultatene viser at denne kombinasjonen kan gi kompakte og energieffektive systemer, til og med muligheter for akkumulering av kulde. Et annet konsept som har blitt evaluert i prosjektet er utnyttelse av kulde fra LNG-skip. Vi har sett at det finnes et potensiale for dette, blant annet til kjøling av fangsten i forbindelse med transport tilbake til land, men det kan være utfordringer i hvordan slike systemer utformes. Vi har også sett på mulighetene for å endre prosesser om bord som inkluderer håndtering av restråstoff og hydrolysering. Dette er vanligvis prosesser som krever mye energi i form av damp/varme, så vi har sett på alternative metoder med frysekonsentrering. Dette er mer skånsomt for produktene, men teknologien må utvikles til å være mer robust og kompakt før den tas om bord i båt. Prosjektet, som ble ledet av SINTEF Ocean og inkluderer SINTEF Energi og NTNU som forskningspartnere, ble utført i nært samarbeid med industripartnere og det internasjonale forskermiljøet. Vi har gjennomført ni workshops i prosjektet, hvor den første var med norsk industri i 2019 og de tre neste var arrangert som Teams-møter i 2020 og 2021, åpne også for internasjonale deltakere. Vi hadde et prosjektmøte i november 2021 hvor alle industripartnere var invitert og til stede. I november 2021 hadde vi en workshop om termisk energilagring som var et samarbeid mellom flere prosjekter. En lignende ble holdt i slutten av 2022. I september 2022 ble det også holdt en CoolFish workshop i Ålesund, som oppsummerte det meste som har blitt gjort i prosjektet. Mange industripartners deltok der. I forbindelse med International Congress of Refrigeration (Paris, august 2023) så hadde vi en workshop om «Training on clean cooling and heating solutions». Vi har også hatt mange arbeidsmøter i prosjektet, spesielt innenfor industricasene. Det har blitt utgitt syv rapporter i prosjektet, blant annet "Alternative Fuels and Propulsion Systems for Fishing vessels", "Carbon Footprint of Fisheries - a review of standards methods and tools" og "Equipment and systems onboard fishing vessels". Vi har publisert 18 journal- og konferansepaper, blant annet i International journal of refrigeration, IIR conference on sustainability and the cold chain, IIR Gustav Lorentzen conference on natural refrigerants og IIR Conference on Ammonia and CO2 Refrigeration Technologies. En av de siste publikasjonene var en oppsummering av mye av det som er gjort i prosjektet: Widell et al, 2023, Energy efficient and climate friendly refrigeration systems onboard fishing vessels. I: Proceedings of the 26th IIR International Congress of Refrigeration: Paris, France. Vi har hatt åtte masterstudenter som har levert sine oppgaver mellom 2020 og 2023. De har presentert sine arbeid til prosjektgruppen, men også på konferanser, for eksempel Norsk Kjøleteknisk Møte. Vi har også gjennomført et forskningstokt, hvor vi samlet data ombord på en fiskebåt for å vise hvor forbedringspotensialet finnes. Mye av rapporter, presentasjoner, publikasjoner og nyhetsbrev er tilgjengelig på prosjektets webside: www.sintef.no/en/projects/coolfish

CoolFish har hatt en innvirkning på den nasjonale kunnskapsbasen, spesielt innen fiskerisektoren og utstyrsleverandører for denne bransjen. Kunnskap og forståelse har også økt blant deltakerne, som inkluderte bransjedeltakere, studenter og det vitenskapelige samfunnet. Resultatene fra prosjektet, som artikler, måledata, presentasjoner og annen formidling, har også nådd et bredere publikum, siden de er åpent tilgjengelige for nedlasting fra websiden til prosjektet. CoolFish har også hatt innvirkning på den internasjonale kunnskapsbasen. Presentasjon på internasjonale konferanser og diskusjoner med aktører fra andre land har ført til samarbeid med andre land, for eksempel med India i prosjektet INDEE+. Resultatene fra prosjektet har vist at mange fiskefartøy over hele verden fremdeles bruker R22 (HCFC) i sine kjølesystemer. Dette må endres til fordel for naturlige kjølemidler, som har vist seg å være en suksesshistorie for eierne av fartøyene i Norge. Vi vil fortsette å formidle dette til vi ser en betydelig endring, for eksempel i tilbakemeldingene til Europakommisjonen. De åtte masterstudentene som har deltatt i prosjektet, vil bringe både sitt arbeid og annen innsikt fra prosjektet til sine nåværende eller fremtidige samarbeidspartnere. CoolFish har samarbeidet med andre prosjekter og har også fremmet ideer for nye prosjekter, hvorav noen allerede er søkt om, for eksempel lagring av lavtemperatur termisk energi med CO2 og utvikling av veldig små RSW-systemer for fiskefartøy. Prosjektet har bidratt til verdiskaping og økt konkurranseevne for den norske industrien, der denne teknologien resulterer i fiskeprodukter av høy kvalitet, produsert med lavt energiforbruk og lavt klima- og miljøpåvirkning. Gjennom CoolFish har det blitt utviklet en ny metode som brukes i i forbindelse med utvinning av proteiner fra restråstoff. Restråstoffet er alt på fisken utenom filet og denne andelen kan utgjøre rundt halvparten av fisken. Metoden baserer seg på å produsere iskrystaller som kan skilles fra den proteinrike vannløsiningen (hydrolysat). Ved separasjon av iskrystaller oppnår man en økning av proteinkonsentrasjonen ved meget lave temperaturer som er positivt for kvalitet og holdbarhet til produktet, slik at denne kan brukes til høyverdiingredienser i for eksempel sensitive bioingredienser eller mat. Utvikling av en to-trinns fordamperløsning i CO2 kjøleanlegg med en ejektor er også et resultat av CoolFish-samarbeidet. Denne spesielle prosessen muliggjør å vedlikeholde temperaturen i RSW tanker og samtidig akkumulere kulde ved å produsere is paralelt . Denne applikasjoner kan brukes på fiskebåter men også i landbaserte anlegg.

In CoolFish the main objective is to increase energy efficiency of the utility systems (cooling, freezing and heating) onboard fishing vessels. The up-coming change towards new propulsion systems requires and enables development of new efficient utility systems concepts. One example is the possibility to use surplus cold from the fuel system on LNG-driven vessels to cover a significant portion of cooling and freezing demand for fish preservation. Another example relates to vessels with hybrid or electrical propulsion, which do not have the same quantity of surplus heat available as vessels with conventional diesel engines. This can be solved by utilizing waste heat from the refrigeration system, in combination with a heat pump. The heating demand onboard includes room and tap water heating, but also specific processes like onboard enzymatic hydrolysis used for utilization of marine raw material, which is under development. Previous research by SINTEF and NTNU on systems using natural refrigeration has built up a solid foundation for further development of the systems and adaptation to new implementations. MMC First Process is an active participant in CoolFish, with innovative solutions and modern technology, especially with natural refrigerants. Ulmatec Pyro develops heating and energy management systems and have close collaboration with MMC. Liegruppen and Sørheim Holding are planning LNG-driven ships, together with Salt design. In Norway, most fishing vessels use natural refrigerants (ammonia and CO2), but globally most fishing vessels use R22 as refrigerant. This refrigerant has both ozone depleting and global warming potential. Another objective of CoolFish is therefore to spread the knowledge about harmful refrigerants, together with the potential of natural refrigerant systems. A technology hub for research and development of natural refrigeration systems will be initiated during CoolFish and the goal is to continue it beyond the end of the project period.