Målet med dette prosjektet var å studere to alternative nye konsepter for ammoniakk/hydrogenmotorer for maritim transport, og tar for seg både tekniske/vitenskapelige aspekter og sosiale/økonomiske/regulatoriske aspekter med å utvikle retningslinjer for utforming av ammoniakk/hydrogen marinemotorer. Ved å kombinere komplementær kompetanse på feltet fra fire universiteter i nordiske land (Lund Univ, Sverige, World Maritime Univ, Sverige, Aalto Univ, Finland og NTNU, Norge) og ha støtte fra verdensledende marine motorselskaper basert i Norden ( Wärtsilä og MAN), samt rederiene Stolt Tankers og ForSea, var målet å bygge et nordisk nettverk innen forskning og utvikling av ammoniakk/hydrogen marinemotorer. Prosjektet resulterte i deling av kjemisk kinetikk modellering, simuleringer av forbrenningsdynamikk, motor eksperimenter og sosiale/økonomiske /forskriftsvurderinger. Funnene tar for seg forhold for optimal reduksjon av utslipp som N2O (en klimagass med enda større negativ global oppvarmingseffekt enn CO2), driftsforhold for høy drivstoffeffektivitet, og utfordringer knyttet til bruk av disse drivstoffene. Indikative eksempler omfatter sikkerhetshensyn, regulatoriske aspekter, begrenset tilgjengelighet og et usikkert regelverk ettersom forskjellige alternative drivstoff med potensiale for reduksjon av klimagassutslipp er blitt foreslått og vurdert for marin bruk.
Når det gjelder utslippskontroll, eksisterer det en avveining mellom NO- og N2O-utslipp i RCCI-motorer, det vil si at reduserte N2O-utslipp vil føre til økende NO-utslipp. En liten brøkdel hydrogen som blandes med ammoniakk er nyttig. Dannelsesprosessen av N2O er sterkt påvirket av de fysiske prosessene for blandingsdannelse og flammeadferd, snarere enn rent styrt av kjemisk kinetikk. Plasseringen av injektoren og stråleretningen er avgjørende for drivstoff-luft-blandingsprosessen. Mindre innsprøytningsvinkler kan unngå høye drivstoffkonsentrasjoner på den ene siden av stempelet som er fordelaktiv for fullstendig forbrenning. Det er imidlertid åpenbart at skipsfartsindustrikoalisjoner også kan spille en avgjørende rolle i å skalere opp opptak av fornybare drivstoff og akselerere energiomstillingen i sektoren. Grønne korridorer kan bane vei for utvikling av økosystemer med målrettede reguleringstiltak, økonomiske insentiver og sikkerhetsforskrifter.
It was expected that the TRL4-5 level of this project will allow various stakeholders to collaborate on a pre-competitive / predevelopment level and the knowledge generated can be used rapidly by industrial stakeholders for further product development (to a higher TRL). It was evident, however, that challenges related to emission control and injection strategies resulted in a lower TRL focus. The detailed simulations conducted of combustion in internal combustion engines did however reveal the potential for varying combustion modes. Furthermore, such novel combustion modes have not before been investigated for new and non-carbon containing fuels with different mixing and burning properties, which is one of the novel outcomes of this work. The more fundamental understanding of both fuel mixtures and their behavior in combustion engines is shown to impact the readiness for the marine sector to move towards low-carbon freights
The “CAHEMA” project aims at increasing fundamental and practical knowledge in ammonia/hydrogen engines for marine application. On the one hand, developments of chemical kinetic mechanism (NTNU) and CFD modelling tools (Lund) will provide a strong base for analysis of ammonia/hydrogen combustion. On the other hand, engine experiments (Aalto) will be carried out, in research laboratories, to verify two different novel engine concepts firing with ammonia/hydrogen fuels. Furthermore, the project will assess economical, regulatory and environmental aspects of ammonia/hydrogen marine engines.
The two novel combustion concepts under investigation are referred to as reactivity-controlled compression ignition, RCCI); (b) direct-injection dual fuel stratification (referred to as DDFS).
NTNU will be the principal investigator (PI) of WP1, in which detailed chemical kinetic mechanisms for ammonia (NH3), hydrogen (H2) and n-heptane (C7H16) mixture will be developed. At DTU there is a well-established laminar flow reactor (LFR) experimental rig that will be used to measure the species profiles under pressure upto 100 atm, or at atmospheric pressure but high temperatures. These data will be used to validate the chemical kinetic model.
In subtask 2 of WP2, LU will apply the CFD model and NTNU will use the stochastic reactor model (SRM) to study two different engine concepts (RCCI and DDFS).
WP3 will have AU as the PI will use research engines to evaluate the two combustion concepts RCCI and DDFS.
WP4 with WMU as PI, will assess the environmental and socio-economic impacts of the two engine concepts for NH3/H2 marine engines.