Waterstof moet ammoniakmotoren voor schepen aan de praat krijgen

Ammoniak lijkt een ideale scheepsbrandstof: het bevat geen koolstof, is overal beschikbaar en kan worden gemaakt met groene energie. Het probleem is dat ammoniak slecht ontbrandt. Motoren hebben daarom altijd een extra brandstof nodig om de verbranding op gang te brengen. Tot nu toe werd daarvoor meestal diesel, biobrandstof of kolengas gebruikt, brandstoffen die alsnog CO2 uitstoten. Onderzoekers van de Noorse technische universiteit NTNU laten nu zien dat het ook kan met waterstof, een brandstof die zelf geen koolstof bevat.

Een oud idee met een nieuwe noodzaak

Ammoniak als brandstof is niet nieuw. Tijdens de Tweede Wereldoorlog, toen benzine schaars was, reed een vloot Belgische bussen op een mengsel van ammoniak en kolengas. Dat mengsel moest wel tot 40 procent kolengas bevatten om stabiel te verbranden, een oplossing die destijds werkte, maar vandaag niet meer voldoet aan de eisen van klimaatneutraal transport. Onderzoeksleider David Emberson van de afdeling Marine Technology van NTNU legt uit dat de scheepvaart nog lang afhankelijk blijft van verbrandingsmotoren. Daarom richt zijn team zich op manieren om die motoren met zo schoon mogelijke brandstoffen te laten draaien. Zogeheten dual-fuel motoren draaien op twee brandstoffen tegelijk: ammoniak als hoofdbrandstof en een kleine hoeveelheid hulpbrandstof om de verbranding te starten.

Een vlammenwerper in miniatuur

Het team van Emberson en promovendus Duc Duy Nguyen onderzocht hoeveel waterstof minimaal nodig is om ammoniak te ontsteken. Uit hun resultaten, gepubliceerd in het vakblad Energy & Fuels, blijkt dat 7 tot 8 procent waterstof al genoeg is, mits die op het juiste moment en de juiste manier wordt toegediend. De waterstof wordt in een klein 'voorkamertje' van de motor met een bougie ontstoken. De vlammen schieten vervolgens als mini-vlammenwerpers de hoofdkamer in en zetten daar de ammoniak in brand. Om dat proces tot in detail te volgen, gebruikten de onderzoekers camera's die tot 36.000 beelden per seconde vastleggen, aangevuld met een speciale camera die onzichtbare chemische reacties in beeld brengt. Zo konden ze precies bepalen wanneer en hoeveel brandstof moet worden ingespoten.

Belang voor de scheepvaart

De vondst is relevant omdat waterstof zelf lastig te gebruiken is op schepen: het moet onder zeer hoge druk worden opgeslagen, is explosief en neemt veel ruimte in. Ammoniak is juist makkelijker te vervoeren en bevat per liter meer energie, maar is giftig. Door waterstof uit de ammoniak zelf te halen, een proces dat 'cracken' heet, is geen aparte brandstoftank nodig. De scheepvaart is wereldwijd verantwoordelijk voor ongeveer 11 tot 12 procent van alle CO2-uitstoot in transport. De Internationale Maritieme Organisatie wil die uitstoot in 2050 met de helft hebben teruggebracht ten opzichte van 2008. Ammoniaanmotoren met waterstof als ontsteker kunnen daaraan bijdragen, zonder dat er alsnog fossiele hulpbrandstof nodig is. Onderzoeksinstituut SINTEF Ocean volgt het werk van NTNU op de voet en noemt het een stap in onontgonnen terrein.