Green Ammonia fuelled four-stroke Engines on the Norwegian Continental Shelf

Uviklingshøydepunkter i 2021 Vinteren og våren 2021 har mye aktivitet kretset rund utvikling av sikkerhetssystemene relatert til ammoniakk forbrenningstestene. Utvikling av luftrensesystemer (air-washers), ammoniakk scrubbere, deteksjonssystem og lagertank overrislingsystem har vært essensielt for å oppnå nødvendige tillatelser fra offentlige sikerhetsmyndigheter både i Finland og i Norge. I løpet av juni 2021 ble de første fullskala testene av ammoniakkforbrenning utført i Wärtsilä sitt test laboratorium i Vaasa i Finland. Dette markerte første steg i «tvillingmotor utviklingsprosessen» der det utføres testeksperimenter i forsking og utviklingsavdelingen i Finland, som deretter skal verifiseres og forbedres gjennom langtidstestene i Demo 2000 prosjektet på Stord. De initielle testene foregikk ved å blande ammoniakk og Diesel i ulike mengder på utsiden av motoren, for så å gjøre innsprøyting i motorsylindrene med høyt trykk. Den første testen som ble utført mellom 30 juni og 1 juli 2021, ga lovende resultater med hensyn til innblandingsmengder av ammoniakk, forbrenningsvirkningsgrad og mengden av utslippsgasser. I løpet første delen av oktober 2021 ble testmotoren som inngår i Demo 2000 prosjektet, en Dual fuel motor av typen W6L34 ferdigstilt for transport til Katapultsenteret på Heiane, med ankomst testsenteret 21 oktober. Uviklingshøydepunkter i 2022 I løpet av året 2022 har hovedaktiviteten i Katapult-senteret vært å fullføre konstruksjonen av ammoniakklagringssystemet, drivstoffprepareringssystemet, sikkerhetssystemene inkludert ammoniakkdeteksjon og eksosbehandlingssystemer. Testprogrammet er detaljutviklet, og omfatter flere serier med målinger knyttet til drivstoffeffektivitet, ulike klimagassmålinger i eksos og utvikling av driftsprosedyrer, inkludert håndtering av ammoniakk i drivstofftilførselssystemet etter nødnedstenging og før oppstart av motoren. Dette utviklingsarbeidet innebar omfattende Hazops knyttet til konstruksjonen av ventilasjonsmasten for dispersjoner av restammoniakk fra systemet, samt idriftsettelse av prosessavstengningssystemer og nitrogenrensesystemer. 2. desember 2022 ble den første bunkring av 13 tonn ammoniakk fra en lastebil utført på Heiane, Stord og markerte en viktig milepæl. Senere i desember 2022 ble idriftsettelse av drivstofforsyningssystem inkludert oppstart av motoren fullført, og dette innebærer at ammoniakk ble blandet inn i naturgass og brukt som drivstoff for motoren. Dermed ble den første operasjonen av en ammoniakkdrevet motor ved Katapult-senteret fullført og gjør det mulig for Demo 2000-prosjektet å gå inn i testfasen som inkluderer fullskala langtidstesting av en ammoniakkdrevet motor i starten av 2023. Uviklingshøydepunkter i 2023 I løpet av senhøsten 2022 ble ammoniakktanksystemet inneholdende 23m3 ammoniakk idriftsatt og den første bunkringsoperasjonen gjennomført. Gassdeteksjonsystemer, nitrogen purge systemene og ammoniakk overføringssystemene samt nødvendige sikkerhetsrutiner ble testet i praksis. Operatørene både fra Wärtsilä og fra Katapultsenteret fikk verdifull læring og etterhvert en grundig kjennskap til egenskapene og faremomentene med det nye drivstoffet. På nyåret 2023 fortsatte idrifsettelsen av motorens drivstofforsyningssystem, som inkluderer både ammoniakk fordampingssystemer og styring av lagringstankens interne trykk basert på overskuddsvarme fra motorens kjølevannssystem. De planlagte motortestene krevde også at dieselforsyningsystemet og en naturgass forsyning fra det lokale nettverket på Stord ble idriftsatt. I februar 2023 kunne fullskala testningen av forbrenningsmotoren starte, i første omgang i en tri-fuel konfigurasjon der en blanding av ammoniakk gass og naturgass ble tilført motoren i lavtrykksgassform som hovedbrennstoff, og med tradisjonell disel som pilot brennstoff. Disse testene var kompliserte i sin utførelse i og med alle mulige blandingsforholdsvariantene og brennstoffenes ulike egenskaper. Testene har hatt som formål å fastlegge hvilken forbrenningseffektivitet man kan oppnå, sammensetning av eksosgassene med hensyn til klimagasser og ikke minst hvilken effekt amoniakk drifvstoffet har på de ulike materialene i forbrenningsmotoren. Senere på våren 2023 har testene fokusert på ammoniakk i lavtryksgassform som hovedbrensel med tradisjonell disel som pilot og tilleggs drivstoff. Testene har gitt svært gode svar på hvilke innblandingsforhold man kan oppnå, forbrenningseffektivitet og hva man kan oppnå av resultater fra det katalytiske avgassrensesystemet. I testprogrammet er katalytiske rensesystemer for uforbrent ammoniakk, Nox og lystgass. I løpet av testperioden har fullskaltestingen krevd / brukt over 40 000 kg ammoniakk! Siste uken av Juni samlet alle partnerene i prosjektet seg til en «projet wrap-up workshop» i Wärtsilä sine lokaler på Heiane på Stord, der viktige erfaringer, ny innsikt og tilbakemeldinger på samarbeidsformen ble diskutert og delt mellom partnerene.

Successful demonstration of running ammonia through fuel gas handling system and theoretically developing the most effective means of storing Ammonia onboard North Sea Installations: The Ammonia demonstration test program has been carried out on a medium-speed engine commonly used in the PSV fleet and drilling applications on the Norwegian continental shelf. The testing has been aimed at both the new build and retrofit market. Demonstration of the safety of DF engines in regard to Ammonia: Design of a safe ammonia fuel storage and supply system including HAZID and HAZOP studies. Developing ammonia bunkering, operation, and maintenance procedures. The system has been approved by Norwegian and Finnish safety authorities. Demonstration of the efficiency of powering a DF engine with Ammonia: Testing operation on diesel, natural gas and ammonia in different blending ratios, indicating optimal engine operation. A commercially viable Ammonia 4S DF engine for the market: Wartsila W25 ammonia engine will be available for the market on December 2023