Uppdrag Marinteknik, Del 24 – Lättviktskonstruktion, RISE

Franz Evegren och Peter Sjögren, RISE:

”Vi behöver lättare konstruktioner för att matcha framtidens energibärare”

Dagens fartyg blir allt större och tyngre för att kunna frakta mer gods, och det som är tungt genererar mer utsläpp. Samtidigt behöver vi ställa om till en miljövänlig framdrift, något som ofta kräver en skrymmande och tung batterilösning eller en lagring av bränsle ombord. Morgondagens fartygskonstruktioner behöver bli lättare för att lösa denna ekvation.

Text: Ulrika Ek, RISE. Bild: RISE

Idag är stål det mest förekommande materialet inom den internationella handelsflottan. Ett material som varit hållbart för sjötrafik och fungerat bra ihop med de tekniker för framdrift vi använt oss av tidigare. Men stål är tungt, drar mycket energi och genererar stora utsläpp, något som vi alla är smärtsamt medvetna om måste reduceras för att minska vårt klimatavtryck.

De nya lösningarna för grön framdrift som börjar växa fram på marknaden är ofta både tunga och skrymmande. Det betyder att även de kommer bli en belastning för miljön. Våra fartyg måste således bli lättare för att vi ska kunna göra en miljövinst vilket har riktat spotlighten mot lättviktskonstruktioner. SMTF mötte Franz Evegren och Peter Sjögren på RISE Research Institutes of Sweden som båda arbetar med forskning kring lättviktsmaterial.

Sjösättning av brandsäkra lättviktsmaterial
Det har under många år bedrivits forskning kring lättviktsmaterial och allt handlar om hur man kan få dem säkra, ekonomiska och kompatibla med framtidens energibärare. Ett material som under senare år seglat upp, även för större fartyg, som en lovande lösning är fiberarmerad polymer eller FRP som står för Fiber Reinforced Polymer.

– FRP eller komposit är inget nytt material i sig men en av utmaningarna är att de brinner. FRP är ju det vanligaste konstruktionsmaterialet för fritidsbåtar men för större fartyg så är säkerhetskraven högre ställda. RISE har under många år forskat kring brandsäkra kompositlösningar för sjöfarten och gjort olika riskbedömningar. Vi har även agerat som rådgivande part till International Maritime Organisation vad gäller regelverksutvecklingen för kompositer för sjöfarten, säger Franz Evegren.

Brandprov av fiberarmerad vinylester enligt IMOs FTP-kod Part 5 hos RISE.

Ökad öppenhet för lätta och smarta lösningar
Riskbedömningsarbetet kring lättare ersättningsmaterial har lett till en ökad öppenhet för lättviktskonstruktioner. Samtidigt ökar påtryckningarna kring omställning från olika håll vilket gör att lättare material blivit mer och mer intressanta att satsa på.

– Vi börjar se fler fartyg som byggs i komposit. Ett exempel är Bramenfärjan i norska skärgården som går på el och helt är byggd i komposit, vilket signifikant minskar behovet av förbränning av fossila bränslen, säger Franz.

RISE har också genomfört ett antal riskbedömningar för praktiska fall där redare valt kompositer för deras goda viktegenskaper. I slutändan handlar det om ekonomi och som redare finns stora vinningar att göra på sikt.

– Vi börjar se att man vill bygga smartare konstruktioner. Med detta menar jag hur man bygger effektivt för ökad ”Payload”, vilket betyder hur man bygger bäst för att få mest för pengarna i förhållande till den max vikt man har att förhålla sig till. Med komposit kan man ju exempelvis bygga ytterligare ett plan och på så sätt få in mer last eller passagerare då allt blir lättare, säger Franz.

Många av sjöräddningens båtar är byggda i komposit, här är en av deras båtar på varv för service och målning.

Lättviktsmaterialens framtid
Förutom att lättviktsmaterial, så som komposit, väger mindre och minskar utsläpp så slipper man korrosion. Det finns redan idag lösningar för brandsäkra kompositer men många av dem är dyra eller kräver mycket arbete vid produktion och installation. Men utvecklingen går snabbt framåt inom området och jakten på den brandsäkra kompositen bedrivs på många håll av företag i branschen.

– Jag skulle säga att lättviktsmaterial är en förutsättning framöver. Ska vi satsa på batterier som är tunga så behöver vi ha en lättare lösning för att kunna balansera fartygen. När det kommer till bränsle tror jag på vätgas på grund av dess energidensitet. Batterier är för tunga lösningar för längre transportsträckor. Samtidigt växer intresset för ammoniak som energibärare, säger Peter Sjögren.

Man ser också en stor efterfrågan på och utveckling av biobaserade kompositer där både matris och fibrer från förnybara källor är på frammarsch. Det finns också ett behov av att se flera tillämpningar med biobaserade lösningar men osäkerheter kring materialbeständighet och brandegenskaper måste klarläggas innan större kommersiella satsningar görs.

– Som med komposit i stort så ligger fritids och sportbåtssektorn i framkant då vinstmarginalen är högre och regelkraven lägre för den här sektorn. Inom segelbåtsindustrin har vi sett tillämpningar med basalt- och linfiberbaserade fibrer kombinerat med matrismaterial av förnyelsebar härdplast, vilket kommer öppna upp marknaden, säger Peter.

Goda exempel där komposit används
Det finns många goda exempel på lösningar idag som består av komposit i sin helhet eller som bygger på ett stålskelett med utanpåliggande komposit.

– År 2000 sjösattes den första Visby-klass korvetten, konstruerad och byggd av Kockums i Karlskrona som ett av de större fartygen byggd helt i kolfiberarmerad sandwich-komposit, ett föregångsexempel som visade att produktionstekniken finns där, säger Peter. En mer vanlig syn på västkusten är Styrsöbolagets två färjor Valö och Rivö som bygger på samma materialsystem som Visby-korvetten.

Ett annat gott exempel på blandteknik är Uljanic Yard 513 i Kroatien där RISE var med och bedömde brandskyddet. Lösningen bygger på ett skelett i stål med utanpåliggande brandzoner i komposit. Bygget vann 2018 JSC Award för världens mest energieffektiva biltransportfartyg.

Styrsöbolagets färja Valö är tillsammans med systerfartyget Rivö byggd av varvet Bröderna Å i Norge i kolfiberarmerad vinylester.

Uljanik yard 513 i Kroatien med skelett i stål och utanpåliggande konstruktion i komposit.

Sverige långt fram på den internationella arenan
När det kommer till brandforskning så står sig Sverige och RISE mycket bra på den internationella arenan och är långt fram i flera frågor. Enligt Franz beror detta på att man utgått från de behovs som finns på marknaden och skapat goda samarbeten med många partners.

– Sen har vi väldigt gott samarbete med en rad myndigheter så som Transportstyrelsen så att vi ständigt är uppdaterade om vilka regelförslag som ligger på bordet. Detta gör att vi kan bedriva forskning som är relevant och jag vågar säga att när det kommer till komposit och brandskydd så är vi världsledande, säger Franz.

RISE har en bred forskningsportfölj inom maritimt brandskydd och är drivande i kompetens-utvecklingen. Ett projekt som leds av RISE är LASH FIRE som syftar till att reducera brandrisken på ro-ro fartyg. Här läggs även fokus på släckning av batteridrivna fartyg, något som man ligger mycket långt fram inom.

– Vi har nu blivit inbjudna till Donsö Shipping Meet 2022 och har en stor del DSM Fire Safety Meet den 14 juni. Många redare är våra projektpartners och industrin är nöjda med det vi presterat. Därför har vi fått en stor del i seminariet för att presentera våra resultat på ett praktiskt sätt och har även blivit ombedda att vara med att ordna Fire Safety Meet kommande år, säger Franz.

Nätverk kring lättviktskonstruktion
Idag pågår en rad forskningsprojekt och nätverk kring nya material där RISE har en ledande roll. Ett av dessa nätverk är E-LASS (e-lass.eu) som är ett Europeiskt nätverk för lättviktsapplikationer till sjöss. Nätverket har 300 medlemmar från 32 olika länder och syftet är informationsutbyte och spridning av kunskap kring lätta material.

– E-LASS har även en svensk motsvarighet som heter S-LÄSS sedan 2020 som syftar till att öppna upp för utvecklingen mot lättviktsdesign. Inom S-LÄSS kan vi samla svenska aktörer kring mer specifika projekt och mindre samarbeten. Generellt är fokuset på lättvikt högt och med de nya energibärarna, batterier och vätgas, och det har ökat intresset för lättvikt, säger Peter.

Fakta om Franz Evegren
Franz, som har en dubbelexamen som brandingenjör och civilingenjör i riskhantering, har arbetat på RISE Research Institutes of Sweden sedan 2003. Han har arbetat till sjöss och blev tidigt intresserad av hur man kunde kombinera studierna med verklighetens utmaningar när det kommer till brand och säkerhet. På RISE har han sedan starten arbetet med brandsäkerhet och leder bland annat forskningsprojektet LASH FIRE. lashfire.eu | Legislative Assessment for Safety Hazards of Fire and Innovations in Ro-Ro Ship Environment

Fakta om Peter Sjögren
Peter Sjögren är skeppsbyggare, med master-examen i Naval Architecture och har en doktorsexamen inom Innovation och Design. Peter har arbetat på RISE sedan 2019, dessförinnan var han anställd som industridoktorand på ABB Offshore Wind Connections med vindkraftsinstallationer till sjöss. Peter leder flera innovationsprojekt inom material och lättvikt för sjöfarten bland annat ELÄTTRA där Stena Teknik, MacGregor, SSAB och Chalmers ingår.