Kunstige hvalhaler beveger skip

I over 150 år har folk forsøkt å utnytte bølgeenergi til å drive skip fremover. Nå kan norske forskere være i ferd med å lykkes.

Publisert
Modellbåt med foil. Baugen til venstre. (Foto: (Illustrasjon: Fridtjof C. Eitzen))
Modellbåt med foil. Baugen til venstre. (Foto: (Illustrasjon: Fridtjof C. Eitzen))

Noen ser på bølger som bortkastet energi. Ved Institutt for Marin Teknikk på NTNU er de kommet langt i arbeidet med å utnytte denne energien til å drive skip.

– Vi regner med at fartøyer kan spare rundt 20 prosent av drivstoffet på dette, sier professor Sverre Steen, som har jobbet med emnet siden 2008.

Tidligere forsøk på området har ofte gått ut på å finne frem til rene bølgedrevne skip. Men på NTNU prøver de i første omgang å redusere drivstofforbruket.

20 prosent bespart er et røft overslag, og det er avhengig av farvannet skipet seiler i, og spesielt av typen bølger. Noen bølger gir nemlig bedre resultater enn andre.

Bruker finner

Kort fortalt, og selvsagt svært forenklet, monteres finner, kalt wave foils, på fartøyet. Bølgene vil få båten til å bevege seg, og siden finnen sitter fast i båten vil den slå opp og ned omtrent som en hvalhale. Det gir framdrift.

Noe av inspirasjonen bak bølgeenergi er nettopp hvordan delfiner og andre hvaler driver seg fremover ved hjelp av halefinnene.

Kanskje var hvalfangere de første som så mulighetene i å drive båter med bølgekraft, for de la merke til at døde hvaler fremdeles ble drevet fremover når halene duvet opp og ned i dønningene?

Foilen reduserer også skipsbevegelsene kraftig. Den stabiliserende effekten sparer drivstoff. I tillegg gir foilen en fremdrift i seg selv.

Større skala

Eirik Bøckmann. (Foto: (Foto Merethe Wagelund, NTNU))
Eirik Bøckmann. (Foto: (Foto Merethe Wagelund, NTNU))

Doktorgradsstipendiat Eirik Bøckmann er også medpå laget.

– Jeg forsøker å finne frem til et kontrollsystem som skal rotere vingen slik at den gir best mulig fremdrift til enhver tid, sier Bøckmann.

Forsøkene er utført i en 260 meter lang slepetank og et 40 meter langt basseng. Bøckmanns oppgave i dette prosjektet var i utgangspunktet å finne den optimale vinkelen på foilen, eller undervannsvingen.

Dette er forsøkt oppnådd ved hjelp av et kontrollsystem, men Bøckmann skal også snart teste en fjærbelastet foil.

Foreløpige resultater tyder på at den gamle idéen med en fjærbelastet foil er vel så god som en aktivt kontrollert foil. Og ikke minst enklere.

– Jeg har brukt en 5,6 meter lang modell av et 90 meter langt forsyningsskip i forsøkene, forteller Bøckmann.

Video under: Modellen til venstre har ingen kunstig finne, påmontert. Til høyre er den på plass. Foilen reduserer skipsbevegelsene kraftig. Den stabiliserende effekten sparer drivstoff. I tillegg gir foilen en fremdrift i seg selv. (Video: Eirik Bøckmann, NTNU)

Skip av denne lengden er velegnet for bølgefremdrift, siden de beveger seg mye i typiske havbølger.

Foreløpig er det en utfordring at skip som utnytter bølgeenergi vil være dyrere å bygge. Det må derfor bli lønnsomt å foreta denne ekstrainvesteringen fordi en sparer så mye energi på det.

Tidligere forsøk

Mange har forsøkt seg på noe lignende tidligere, med svært varierende hell. Den første var muligens Daniel Vrooman fra Hudson, Ohio, som tok patent på en bølgedrevet båt så tidlig som i 1858. Men han var nok flinkere til å tenke enn til å bygge, og det er ukjent om en båt noen gang ble laget etter hans tegninger.

Bygge gjorde derimot nordmannen Einar Jakobsen, en elektroingeniør fra Sørumsand. Allerede i 1978 begynte han på arbeidet med en såkalt foilpropell, som skulle erstatte eller supplere en vanlig skruepropell.

Arbeidet falt til å begynne med sammen med oljekrisen, noe som var bra for finansieringen. Foilpropellen ble prøvd på en 20 meter lang båt. Men så falt oljeprisene til så lite som 15 dollar fatet, og interessen rundt energisparing falt.

Video i posten

Det er vel ikke fritt for at Jakobsen ikke ble tatt så alvorlig heller. En pakke han sendte til en professor ved NTNU i 1998, ble ikke åpnet før i 2010. Av ingen ringere enn Steen og Bøckmann.

Det de to fant i pakken var papirer som fortalte om Jakobsens arbeid, og ble supplert med en video som viste foilpropellen i praksis. Bøckmann har brevvekslet med Jakobsen, som i dag er 90 år gammel, ved flere anledninger.

I dag er det flere som forsker på dette området, og Japan er antakelig kommet lengst i kommersiell bruk.

Kraften på en vinge kan deles opp i to krefter: Løft og drag. Løftet står vinkelrett på innstrømningen, mens draget virker i samme retning som innstrømningen. Hvis foilen beveger seg vertikalt i forhold til vannet, som den jo gjør når bølgene beveger både båten (og dermed foilen) og vannet i seg selv opp og ned, vil resultantkraften på foilen gi framdrift, som figuren viser. (Foto: (Illustrasjon: Eirik Bøckmann))
Kraften på en vinge kan deles opp i to krefter: Løft og drag. Løftet står vinkelrett på innstrømningen, mens draget virker i samme retning som innstrømningen. Hvis foilen beveger seg vertikalt i forhold til vannet, som den jo gjør når bølgene beveger både båten (og dermed foilen) og vannet i seg selv opp og ned, vil resultantkraften på foilen gi framdrift, som figuren viser. (Foto: (Illustrasjon: Eirik Bøckmann))

Lenke:

Eirik Bøckmann har oppsummert de mange pionérenes arbeid: The history of wave-powered boats