Annons

Upp till 90 procent minskade utsläpp ska det svenskutvecklade konceptet Oceanbird kunna resultera i. Fartyget ska huvudsakligen drivas av 80 meter höga vingsegel som automatiskt ska fånga vinden optimalt. Fartyget har så kallade teleskopiska vingsegel som kan fällas ner vid passage under broar eller vid hårt väder.

Bild: 
Wallenius Marine

Seglande jätte ska minska utsläppen

Kan en återgång till segel minska utsläppen till havs? Om fem år kan ett svenskutvecklat fraktfartyg segla över Nordatlanten. F&F har besökt ett av de svenska labb där fartyget utvecklas.

Annons

Publicerad:

2021-06-24

Det drygt 200 meter långa lastfartyget är redo för avgång. Hon tuffar ut från hamnen, men väl ute på öppet vatten slår kaptenen av motorn. På däck reser sig fem stycken 80 meter höga segel. Med vinden som enda energikälla styr lastfartyget ut på havet.

Bakom konceptet, som fått namnet Oceanbird, står det svenska skeppskonsultföretaget Wallenius Marine. Än så länge befinner sig fartyget på ritbordet och som modell, men redan om fem år kan det komma att sättas i trafik över Nordatlanten.

Människan har seglat i tusentals år men numera är det mest ett sport- och semesternöje. När ångmaskinen och senare förbränningsmotorn slog igenom övergav den kommersiella sjöfarten den nyckfulla vinden för att i stället elda med fossila bränslen. Men klimatkrisen gör att segelfartyg kan vara på väg mot en renässans och flera företag, både nystartade och etablerade, utvecklar nya typer av segel.

90 procent bränslebesparing

Hittills har det mest handlat om att få lite extra skjuts av vinden. Ett dussintal större fartyg, däribland Östersjöfärjan Viking Grace, har installerat ett eller flera så kallade rotorsegel, höga snurrande cylindrar som skapar en lufttrycksskillnad som ger kraft framåt. Ett rotorsegel kan ge en bränslebesparing på i storleksordningen knappa 10 procent. Oceanbird – å andra sidan – skulle kunna spara upp till 90 procent.

– Vi ska segla på riktigt, säger Jakob Kuttenkeuler, professor i marina system på Kungliga tekniska högskolan, KTH, i Stockholm.

Han ansvarar för KTH:s del i ett forskningsprojekt som drivs tillsammans med Wallenius Marine samt forsknings- och marinkonsultföretaget SSPA i Göteborg. Projektet ska söka svar på alla de tekniska frågor som uppstår kring konstruktionen av ett modernt segelfartyg.

Jakob Kuttenkeuler visar in i labbet. Där står en strömlinjeformad, sju meter lång, fullt fungerande, nedskalad modell av Oceanbird. Från däcket reser sig fyra solida segel, eller vingar, som han hellre kallar dem.

– De fungerar precis som flygplansvingar. Man kan se båten som ett flygplan som vridit sig så att ena vingen pekar upp i luften och den andra ner i vattnet, förklarar han och sträcker ut armarna för att visa principen.

Vi går runt båten där ena sidan är uppskuren så att det går att se vad som döljer sig innanför skrovet. Varje vinge är kopplad till en motor, vilket gör att seglet kan vridas 360 grader. Ett automatiskt styrsystem ser till att alla vingar alltid står optimalt vinklade i förhållande till vinden.

Modellens segel kan inte regleras i höjdled. Men när fartyget byggs i full skala kommer det däremot att ha en så kallad teleskopisk rigg, där vingseglen är indelade i flera sektioner som kan fällas in i varandra. Det är nödvändigt för att fartyget ska kunna komma under broar och även för att minska krafterna på riggen i hårt väder.

Trimmar vingarna

Precis som andra segelbåtar ska Oceanbird kunna segla i olika vindar och även kryssa, alltså segla i en snäv vinkel mot vinden. Bäst seglar hon när vinden kommer från sidan eller lite snett bakifrån, förklarar Jakob Kuttenkeuler. Kommer vinden däremot rakt bakifrån så skymmer vingarna varandra, så det ska undvikas.

– Vingarna måste hela tiden trimmas väldigt noggrant tillsammans. Det är ett svårt problem. Trimmar vi en av de fyra vingarna så påverkas luftflödet kring de andra, säger han.

Formen på segel och skrov är resultatet av hundratusentals simulerade seglingar över havet som matats med autentiskt väder. Simuleringarna gör det möjligt att se effekten av olika förändringar.

– Det kan handla om roderstorlek, placering av vingar eller hur vi trimmar riggarna. När allting fungerar som det är tänkt är ett sådant här fartyg som ett finstämt instrument där alla komponenter bidrar optimalt, säger Jakob Kuttenkeuler.

Oceanbirds rigg blir jämnhög med Stockholms stadshus.

Bild: 
Johan Jarnestad

Även om en hel del kan beräknas behövs även praktiska experiment. Båtmodellen har byggts, delvis med hjälp av studenter och doktorander, för att kunna testa hur beräkningarna stämmer med verkligheten. Ett antal testseglingar gjordes under hösten och fler väntar i vår. I sommar väntar även tester i en vindtunnel i brittiska Southampton, som ska ge mer detaljerade svar på hur luften strömmar kring vingarna i olika lägen.

– Det finns ingen uppslagsbok för att se hur strömningsmekaniken ser ut för en sådan här rigg. Ingen har byggt något liknande tidigare, säger Jakob Kuttenkeuler.

Testseglar i bassäng

En annan modell av Oceanbird, i skala 1:25, finns hos SSPA i Göteborg. I en stor bassäng har Sofia Werner, ansvarig för metodutveckling inom hydrodynamik, lett tester av hur Oceanbird klarar att navigera i sjön.

– Normalt sitter den framdrivande kraften i propellern på ett sådant här fartyg. Nu kommer kraften från vingseglen. Det innebär att fartyget rör sig på ett helt annat sätt, säger hon.

I flera försök har man testat hur modellen seglar i både lugnt vatten och i vågor. I stället för vingsegel simulerade två fläktar kraften från riggen. Försöken visade att fartyget klarar att hålla kursen även i hög sjö, förutom i ett fall.

– Allt gick bra tills vi hade stora vågor snett från aktern. Då började hon att slingra sig i vattnet. Men när vi då la på lite motor kunde hon styra fint igen, säger Sofia Werner.

Även om fartyget byggs för att huvudsakligen segla kommer det även att ha motor och propeller. Motorkraft behövs för att navigera i hamnar, styra undan vid nödsituationer och när det inte blåser. Hur stor motorn kommer att bli och vad den ska drivas av är ännu inte spikat.

Något som också är under utveckling är hur skrovet ska utformas för att förhindra att fartyget glider i sidled i vinden, så kallad avdrift. Oceanbird har, liksom alla moderna handelsfartyg, en platt botten. För att förhindra avdrift kommer därför en eller flera fenor att placeras strategiskt på botten.

– Vi har provat och räknat på flera olika fenor som till exempel sticker ut från sidan. Man kan också tänka sig att de är utfällbara, säger Sofia Werner.

En annan utmaning är att förhindra att båten lutar så mycket att det blir störande för last och besättning. Lutningen har preliminärt satts till max 5 grader. Ett alternativ som utreds är att häva krängningarna med hjälp av ballasttankar med vatten.

Påverkar rutterna

Frågorna som forskarna har att besvara är många. Hur påverkas till exempel rutten av att skeppet ska segla i stället för att gå för motor?

Jakob Kuttenkeuler visar ett exempel, en karta över en simulerad segling från Englands sydvästra spets till Boston. I det här fallet visar det sig att snabbaste rutten innebär en avstickare upp mot Grönland. En del av sträckan är rödmarkerad.

– Där var vindförhållandena för dåliga så vi blev tvungna att starta motorn, förklarar han.

En osäkerhetsfaktor vid simuleringarna är hur vinden varierar i höjdled. Vingseglen kommer att sträcka sig 100 meter upp i luften där vindförhållandena är annorlunda än vid vattenytan. För att undersöka detta har en mätutrustning med laser, en så kallad lidar, placerats på ett Walleniusfartyg i trafik över Atlanten. Jakob Kuttenkeuler och doktoranden Ulysse Dhomé håller på att samla in mätdata som ska visa hur luftens riktning och hastighet varierar på så hög segelhöjd.

Precis som andra segelbåtar ska Oceanbird kunna segla i olika vindar och även kryssa, alltså segla i en snäv vinkel mot vinden.

Bild: 
Wallenius Marine

– Det kommer att kräva lite trix för att anpassa riggen.

Att segla innebär också en annan stor förändring jämfört med motorgång: Det går långsammare. Oceanbirds beräknade snittfart mot mål ligger på 10 knop, vilket kan jämföras med de 16–17 knop som dagens motordrivna fartyg håller. Det innebär att resan över Nordatlanten tar cirka tolv dagar i stället för åtta.

Svårare veta sätta ankomst

Att planera ankomsttiden i förhand blir också svårare eftersom vinden varierar.

– Det är en viktig fråga. Vilken överfartstid är godsägarna beredda att acceptera för att kunna minska miljöutsläppen vid sina transporter, säger Vendela Santén, som forskar inom logistik och hållbara transporter på SSPA.

Forskningsprojektet kommer att pågå till och med nästa år. Samtidigt arbetar åtta personer på Wallenius Marine med konstruktionen av Oceanbird. I februari kom ett viktigt genombrott i form av en första kund. Den norska rederikoncernen Wallenius Wilhelmsen, med delvis samma ägare som Wallenius Marine, deklarerade att man vill vidareutveckla konceptet och bygga världens första vinddrivna biltransportfartyg.

– Det är fantastiskt att det nu finns en fartygsägare som vill realisera det här, säger Mikael Razola, projektledare på Wallenius Marine.

Målet är att kunna inleda förhandlingar med ett varv någon gång under nästa år. Enligt Mikael Razola kan det färdiga fartyget komma att förändras jämfört med de skisser som hittills presenterats. De fem vingarna skulle kunna bli fyra.

– Det skulle kunna bli så. Allt är en balans mellan prestanda, miljöpåverkan och kostnad.

Parallellt med utvecklingen förs en diskussion för att ta fram ett regelverk för den nya fartygstypen med de klassningssällskap som bland annat tar fram säkerhetsregler för fartyg.

Det är med andra ord en hel del bitar som måste gå i lås innan Oceanbird kan kasta loss.

På labbet på KTH drömmer Jakob Kuttenkeuler om den dag han kan få se inte bara en modell, utan ett fullstort fartyg, segla fram på havet.

– Jag får ståpäls av bara tanken, säger han och halar upp tröjärmen och visar hur huden knottras.

Står för 3 procent av utsläppen

Fartygstrafiken står enligt den internationella sjöfartsorganisationen IMO för omkring 3 procent av världens utsläpp av växthusgaser. IMO:s mål är att till år 2050 minska växthusgasutsläppen med 50 procent jämfört med 2008. Sjöfarten är även en stor utsläppare av partiklar samt kväve- och svaveloxider. För utsläpp av svaveloxider skärptes kraven 2020.

Omställningen av sjöfarten har hittills gått ganska långsamt. Mindre än en procent av världsflottan använder alternativa bränslen eller batterier.

Fler som satsar på att fånga vinden

Trippla segel Det brittiska företaget Windship technologies utvecklar en lösning med höga master med tre vingsegel på varje mast. Enligt företaget kommer masterna att bli mellan 36 och 48 meter höga.

Bild: 
Windship Technologies

Stelt segel Franska Chantiers de l’Atlantique planerar att sätta solida, hopvikbara segel på stora fartyg. Under hösten 2021 ska en 38 meter hög testrigg byggas på land med ett 550 kvadratmeter stort segel.

Bild: 
Chantier de l´Atlantique

Mjuka segel Neoliner planerar att sätta sitt första seglande fraktfartyg i trafik 2023. Det 136 meter långa skeppet ska förses med 4 200 kvadratmeter segel.

Bild: 
Neoliner

Med vinden som hjälpmotor

Tre exempel på segel som används som ˝hjälpmotor” för att minska bränsleförbrukningen på befintliga fartyg.

Rotorsegel ger extra skjuts Ett dussintal större fartyg, däribland Östersjöfärjan Viking Grace, har installerat så kallade rotorsegel i form av höga snurrande cylindrar som skapar en lufttrycksskillnad, vilket ger extra kraft framåt.

Bild: 
Viking Line

Planerar flyttbara segel Spanska Bound4blues vingsegel ska kunna sättas på befintliga fartyg och minska bränsleförbrukningen med vindens hjälp.

Bild: 
Bound4blues

Fartyg med flygande drake Tyska Skysails erbjuder drakar som hjälper till att dra fartyg genom sjön.

Bild: 
Skysails

Forskning & Framsteg berättar om fackgranskade forskningsresultat och om pågående forskning. Våra texter ska vara balanserade och trovärdiga, och sätta forskningsresultaten i sitt sammanhang för att göra dem begripliga. Forskning & Framsteg har rapporterat om vetenskap sedan 1966.

Lägg till kommentar