Forord / P / html?id=

Transkript

1

2

3 ii Forord Etter innspill fra MARINTEKs styre ble det i et møte i MARUT 1 Strategisk råd i september 2008, hvor også statssekretæren i Nærings- og handelsdepartementet (NHD) deltok, tatt initiativ til en forstudiesøknad for å utrede fremtidens marintekniske kunnskapssenter. NHD ga i Innovasjonsmeldingen 2 sin tilslutning til prosjektet, og ga som del av denne midler til delfinansiering av forstudien. Øvrige finansielle bidragsytere til forstudien har vært Det norske Veritas, Statkraft, Norges Rederiforbund, SINTEF samt MARINTEK. Prosjektarbeidet startet per 1. januar For å forestå det daglige prosjektarbeidet ble det nedsatt en prosjektgruppe sammensatt av ressurser fra NTNU Institutt for marin teknikk og MARINTEK, med formell prosjektledelse hos MARINTEK. Prosjektet er direkte underlagt administrerende direktør i MARINTEK. MARINTEKs styre har oppnevnt en egen styringsgruppe for prosjektet. Styringsgruppen har følgende sammensetting: Adm.dir. Oddvar I Eide, MARINTEK (leder) Professor Stig Berge, NTNU Institutt for Marin Teknikk Adm.dir. Karl Almås, SINTEF Fiskeri og havbruk Sjefsforsker Finn Gunnar Nielsen, Statoil Deputy CEO Tore Ulstein, Ulstein Group VP Technology Development Hans-Richard Hansen, Teekay Seksjonsleder Jørgen R. Krokstad, Statkraft AS Forskningsdirektør Reidar Toresen, Havforskningsinstituttet Styringsgruppen har fungert som rådgivende organ. Vi vil få takke styringsgruppens medlemmer for engasjement og konstruktive bidrag i forbindelse med gjennomføringen av forstudien. Som det er beskrevet avslutningsvis i forstudierapporten går prosjektet nå inn i en ny fase hvor underlagsdokumenter for ekstern kvalitetssikring i henhold til KS1-ordningen skal utarbeides (konseptvalgsutredning-kvu). Som del av denne utredningen vil flere aktuelle konsepter vurderes før endelig valg fattes. Konseptet som er utviklet i denne forstudien er kun ett av disse

4 iii INNHOLDSFORTEGNELSE 1. Innledning Norge en maritim stormakt Globale utfordringer Utfordringer relatert til mat Utfordringer relatert til energi Utfordringer relatert til klima Et marinteknisk kunnskapsnav Fremtidens forskningsutfordringer Mat Arktis Energi Miljøvennlig skipsfart Ultradypt vann Kystsonen Hvordan møte fremtidens utfordringer Vi må evne å være kreative Ulike fremtidsscenarier State-of-the-art Status og trender for hydrodynamisk testing Beregninger versus fysiske forsøk Dagens infrastruktur i Marinteknisk Senter Behovet for nye laboratorier Skipstekniske laboratorier Havlaboratorier og arktiske laboratorier Konstruksjonstekniske laboratorier Marine ressurser-, havmiljø- og kystlaboratorier Anbefalt laboratorieinfrastruktur Et kompetansesenter med samarbeid mellom mange aktører Aktører i senteret Kompetanseområder Samarbeidsformer og organisering...33

5 iv 10. Et mulig konsept Lokalisering Arealbehov Ocean Space Centre Økonomiske vurderinger Investeringskostnader Driftskostnader Føringer for finansiering av Ocean Space Centre Verdiskapingpotensialet Prosessen videre etter forstudien Bakgrunnen for KS1 i prosjektet Skissere konseptalternativer første fase Tidsplan for gjennomføring av KS1-prosessen Etterord Vedlegg...47

6 1 1. Innledning I regjeringens Innovasjonsmelding St.meld. nr. 7 ( ) - Et nyskapende og bærekraftig Norge ble det gitt en øremerket bevilgning fra Nærings og handelsdepartementet til oppstart av en forstudie for å konkretisere planene om et nytt marinteknisk kunnskapssenter i Trondheim heretter kalt Ocean Space Centre. I Innovasjonsmeldingen omtales en videreutvikling av det marintekniske forskningsmiljøet i Marinteknisk Senter på Tyholt i Trondheim ved: En forutsetning for å kunne styrke de maritime næringenes forsknings- og innovasjonsarbeid, er tilgang på avanserte laboratorier og vitenskapelig utstyr i verdensklasse. Marinteknisk Senter har i de senere årene vært gjenstand for betydelig politisk oppmerksomhet. Det er en uttalt politisk vilje til å satse på en videre utvikling av Marinteknisk Senter til et ledende europeisk og internasjonalt kunnskapssenter på et område hvor Norge har naturgitte fortrinn. En slik satsing anses som et viktig virkemiddel for at Norge fortsatt skal være internasjonalt ledende i å utnytte havrommets muligheter på en bærekraftig måte, og for fortsatt velstandsutvikling i det norske samfunn. I tillegg til i Innovasjonsmeldingen er Marinteknisk Senter viet oppmerksomhet i: Stortingets behandling av Forskningsmeldingen i Vilje til forskning, Maritim strategi Stø kurs, Forskningsmeldingen Klima for forskning og i Maritim strategi Stø kurs 2 år etter. Denne rapporten beskriver resultatet av forstudien som er gjennomført i Målet med forstudien har vært å fremskaffe et relevant underlag for å kunne fortsette utredningsarbeidet for etablering av Ocean Space Centre. Forskningsområder og anvendelsesområder for marinteknisk forskning fram mot 2050 beskrives, samt en mulig forskningsinfrastruktur for å underbygge et verdensledende marinteknisk kunnskapssenter i Trondheim. Ocean Space Centre skal gjennom kunnskapsbasert utvikling bidra til at næringsaktører, tjenesteytere og forvaltningsorganer kan opprettholde sin posisjon som verdensledende innen bærekraftig forvaltning og høsting av havrommets ressurser. Norge må satse på områder der vi har naturlige fortrinn for å møte fremtidens utfordringer og for å sikre fremtidig velstand; å utnytte havrommet er ett av svært få områder der vi har en slik mulighet. Prosessen med å definere krav til Ocean Space Centre har involvert en rekke norske og utenlandske fageksperter, bedrifter og institusjoner. Det har vært viktig for å identifisere fremtidens forskningsutfordringer relatert til de aktuelle applikasjonsområdene for det nye kunnskapssenteret. Dette kartleggingsarbeidet har dannet grunnlaget for å kunne gjennomføre en analyse som definerer kravene til det nye kunnskapssenteret og som gir svar på hvorfor dagens infrastruktur ikke tilfredsstiller behovene for å møte fremtidens utfordringer.

7 2 2. Norge en maritim stormakt Maritim virksomhet i Norge sysselsetter i dag ca personer og bidrar med ca 100 milliarder NOK i verdiskaping tilsvarende ca 11 % av vår totale verdiskaping eksklusive olje- og gassvirksomheten. 3 Den maritime næringen har en særdeles høy eksportandel. Vi har verdens 5. største registrerte skipsflåte, spesialiserte skipsverft tilpasset vårt offshoremiljø og vår nærskipsfartsstruktur, verdensledende maritim utstyrsindustri og skipskonsulenter i tillegg til en stor maritim tjenestesektor inklusive finansiering, forsikring og et av verdens ledende klasseselskaper. Marin teknologi og kompetanse er også en kritisk innsatsfaktor innenfor offshore olje og gass samt fiskeri og fiskeoppdrett. Til sammen utgjør de tre næringsgrenene, inklusive den maritime sektor, over 40 % av den norske verdiskapingen og mer enn 70 % av landets totale eksportverdi. 4 Marinteknisk forskning og utvikling har stått sentralt i oppbyggingen av det teknologiske miljøet i Norge ved våre utdannings- og forskningsinstitusjoner. I Trondheim gir dette seg uttrykk ved Marinteknisk Senter på Tyholt som rommer NTNUs Institutt for marin teknikk og forskningsinstituttet MARINTEK der SINTEF er hovedaksjonær med 56 % eierskap og ulike maritime aktører eier 44 %. Institutt for marin teknikk har de siste 30 årene med sine ca 25 vitenskaplige ansatte årlig utdannet ca sivilingeniører, hvilket gjør miljøet til den klart ledende utdanningsinstitusjon i den vestlige verden innenfor marintekniske fag. MARINTEK har ca 200 ansatte som driver anvendt forskning og samarbeider nært med industriaktører i deres forsknings- og innovasjonsprogrammer. Bruk av avanserte marintekniske laboratorier i disse innovasjonsprosessene er en forutsetning for å frembringe sikre, robuste og kostnadseffektive løsninger som danner grunnlaget for norsk dominans og eksportvirksomhet. Utover MARINTEK er det i SINTEF ca 400 personer som er engasjert i forskning som retter seg mot det marine og maritime området. Et av de tre sentrene for fremragende forskning som ble lagt til Trondheim i regi av Norges forskningsråd i 2002, Centre for Ships and Ocean Structures (CeSOS) 5, er også lagt til Marinteknisk Senter, med ledende professorer fra Institutt for marin teknikk som ansvarlige for gjennomføringen av et 10-års forskningsprogram. Ved CeSOS er det tilknyttet omtrent 100 høyt kvalifiserte forskere fra hele verden. I 2008 besto CeSOS i tillegg til den faste staben av 32 PhD-studenter og 11 postdoc-forskere. Mange av disse 3 Erik W Jakobsen "Maritim verdiskapning ", Menon Business Economics

8 3 forblir engasjert i det norske maritime miljøet, enten ved utdannings- og forskningsinstitusjonene eller i bedrifter tilknyttet næringssegmentene skipsfart, offshore olje og gass, fornybar havenergi samt fiskeri/havbruk. Assosiert til CeSOS er det ved SINTEF Fiskeri og Havbruk et Senter for fremragende innovasjon (SFI) innenfor havbrukskonstruksjoner, CREATE. 6 Professor Reve ved BI viser (Vedlegg 1) hvordan forskerutdanning og ledende vitenskapelige miljøer i stadig økende grad vil kunne tiltrekke seg kunnskapsaktører fra hele verden og danne kimen til varige fortrinn for industriaktører, tjenesteytere og investorer som velger å etablere seg i nær tilknytning til slike miljøer. Verden har trolig plass til ytterst få slike globalt ledende marintekniske kunnskapsmiljøer, sannsynligvis 3, og Norge bør sikte seg inn på å bli ett av disse basert på den sterke posisjonen man allerede har innenfor maritim virksomhet. Universiteter og kunnskapsmiljøer i alle land og regioner utfordres på vitenskaplig kvalitet for å kunne tiltrekke seg de beste kandidater. Dette vil trolig føre til en større grad av spesialisering av universitetssektoren på bekostning av faglig bredde hva gjelder øverste nivå for forskningsbasert undervisning på doktorgradsnivå. Norge må ta sikte på å opprettholde sin ledende posisjon innenfor noen utvalgte segmenter, og marin teknologi er et opplagt valg i så måte. Forslag til en fremtidig forskningsinfrastruktur som skal dekke forskningsbehovet innenfor det marintekniske området fram mot 2050, må ses i en slik kontekst. Målet er å gjøre det marintekniske miljøet i Norge til et varig globalt Centre of Gravity. Vi står overfor store globale utfordringene relatert til mat, energi og klima. Mange av svarene for hvordan vi skal møte disse ligger i bærekraftig forvaltning og høsting fra havrommet. Havrommet utgjør nærmere 70 % av jordens overflate, og 80 % av havene er dypere enn meter tilsvarende de maksimale dyp offshore olje og gassnæringen opererer på i dag. De norske kunnskapsmiljøene kan her gjøre en forskjell og bidra til løsninger som kan anvendes globalt. Norge har et godt renommé internasjonalt innenfor det marinteknologiske segmentet, Norge har et spesielt forhold til Nordområdene hvor vi hevder suverenitet over betydelige områder. Tilsvarende hevder vi suverenitet over betydelige områder i Antarktis. Vi må fremstå som Europas talerør i Arktis. Vi vil kun få den tillit og posisjon vi fortjener sett fra de øvrige europeiske nasjonene. Det må satsinger til for at Norges posisjon skal opprettholdes på lang sikt. Et markert og ledende kunnskapsmiljø innenfor marin teknologi er et viktig bidrag for en slik posisjon og anerkjennelse. 6

9 4 3. Globale utfordringer Målet for norsk forskningspolitikk er å bidra til å løse globale utfordringer, med særlig vekt på klima, energi, miljø, hav og matsikkerhet 7 Norges viktigste ressurser og kompetansefortrinn er relatert til havet. Vi er en stormakt i å høste av havrommets ressurser på en bærekraftig måte. Dette er områder hvor Norge også har tatt en ledende internasjonal rolle innen forskning, teknologi og innovasjon. Vi må aktivt arbeide for å befeste og endog styrke denne posisjonen. I følge den norske regjeringen er noen av de største utfordringene i fremtidens globale samfunn knyttet til fattigdom, et økende behov for energi, klimaendringer, migrasjon og et stadig press på verdens matvareressurser inklusive rent vann. Forskning vil være avgjørende både for å forstå problemstillinger og for å utvikle løsninger som setter oss i stand til å håndtere utfordringene innen mat, energi og klima. Marin teknologi vil være viktig for å gjøre bruk av havrommets ressurser for å kunne møte disse utfordringene. Ocean Space Centre må ses som en kjerne eller en katalysator i denne sammenheng. Et unikt kunnskapssenter vil ikke bare kunne gi mulighet for å gjøre oppgaver som ikke kan gjøres andre steder, det vil trekke til seg de beste og mest kvalifiserte menneskene til senteret. 3.1 Utfordringer relatert til mat Boosting world food production without gobbling up land and water will also require technology to play a larger role in the next 40 years than it has in the past % av kaloribehovet referert til dagens kaloribehov dekkes terrestrisk, dvs. fra planter og dyr. 16 % av proteinandelen er marint basert. Fremtidens matvarebehov vil sannsynligvis bli dekket gjennom planteproduksjon på land og proteiner og fett fra havet. Kjøttproduksjon på land slik den drives i dag er neppe bærekraftig. En viss omfordeling fra rødt til hvitt kjøtt vil imidlertid bidra positivt i denne sammenheng. Henry Kissinger, USAs daværende utenriksminister, sa i 1974 at om ti år vil ingen barn måtte legge seg sultne. 35 år senere viser FNs matvarekonferanse at en milliard mennesker legger seg sultne hver dag. Frem mot 2050 anslås at verdens befolkning vil øke med 33 % mens etterspørselen etter matvarer vil øke med 70 % blant annet fordi forbruket av kjøtt vil fordobles. Matvareprisene er for høye og allokering av matressurser The Economist November

10 5 og vann er skjevt fordelt i verden i dag. Samtidig blir hele 27 % av all tilgjengelig mat i verden kastet. 9 FNs kontor for koordinering av humanitære forhold sier at verdens matvaresituasjon endrer seg raskt som et resultat av flere faktorer. Den mest kritiske og udiskutable er prisen på matvarer. Sammen med minkende matvarereserver og manglende tilgang på mat i en del regioner, leder dette til en pakke med komplekse utfordringer menneskelige, sosioøkonomiske, utviklingsrelaterte, politiske og sikkerhetsrelaterte. Mest presserende er den umiddelbare sultsituasjonen for millioner av mennesker. På lang sikt må dyrking av matvarer og internasjonal handel restruktureres for å møte disse utfordringene. Økt utnyttelse av matressurser i havrommet vil være avgjørende for å møte fremtidens utfordringer; en utvikling som stadig krever utvikling av ny og bærekraftig teknologi. 3.2 Utfordringer relatert til energi It is not an exaggeration to claim that the future of human prosperity depends on how successfully we tackle the two central energy challenges facing us today: securing the supply of reliable and affordable energy; and effecting a rapid transformation to a low-carbon, efficient and environmentally benign system of energy supply. What is needed is nothing short of an energy revolution ,5 % av dagens energibehov (målt som innfyrt energi i 2007) kommer fra fossile energikilder: olje 34,1 %, kull 26,5 % og gass 20,9 %. Av disse er kull både den som gir størst utslipp av klimagasser, og den som øker raskest. Biomasse utgjør 9,8 %, kjernekraft 5,9 %, vannkraft 2,2 % og annen fornybar energi i form av vindkraft, solkraft, bølgekraft etc. ca 0,6 %. 11 For å unngå katastrofale, ikke reversible ødeleggelser på det globale klimaet kreves det en storstilt avkarbonisering ved bruk av verdens energiressurser. Olje er likevel verdens viktigste energiressurs og vil fortsette å være det i mange år fremover selv med de mest optimistiske antakelser om utvikling og implementering av alternativ teknologi. Verdens energisystem står ved et veiskille. Utviklingen i balansen mellom energitilbud og forbruk er ikke bærekraftig, hverken miljømessig, økonomisk eller sosialt. Energitjenester er viktig for økonomisk aktivitet. Fortsatt er 1,5 milliarder mennesker uten tilgang til strøm. Omtrent 2,5 milliarder mennesker støtter seg til tradisjonell 9 Aftenposten Innsikt desember World Energy Outlook 2008 Executive Summary 11 International Energy Agency, 2007

11 6 biomasse som deres primære kilde for energi. 12 Energi er selve livslinjen i den moderne verden. For å sikre denne livslinjen er den overordnede løsningen på energiutfordringene utvikling av ren og fornybar energi kombinert med rensing av utslipp fra eksisterende fossile energibærere. Bærekraftig høsting av fornybar energi fra havrommet, inklusive offshore vind, blir stadig viktigere og representerer en viktig forsknings- og innovasjonssatsing i Ocean Space Centre. 3.3 Utfordringer relatert til klima Klimaet er i endring. Klimaendringene gir menneskeheten store utfordringer. Det er liten eller ingen divergens blant spesialister om at den menneskeskapte økningen i CO 2 i atmosfæren vil føre til en uønsket temperaturøkning og en degradering av miljøet. Denne kan i sin ytterste konsekvens være truende for kompliserte livsformer på jorden. Skal skadene kunne begrenses må det handles og det må handles raskt. 13 Det finnes enorme kullreserver i verden i dag, ikke minst i Kina hvor 61 % av den totale kraftleveransen baserer seg på kull. Nye kullkraftverk er under planlegging også i Europa, og det ser ut til at antall kullkraftverk vil vokse i omfang. Det økte behovet for energi gjør at denne utviklingen virker uunngåelig til tross for at dette er en uønsket utvikling som vil lede til sterkt økte utslipp av klimagasser. 14 Rensing og deponering av CO 2 fra kullkraftverk vil kunne bidra til å redusere skadene. Deponering vil antakelig i stor grad måtte foregå under havet og vil i så fall føre til behov for ny skips og offshoreteknologi. Parallelt må det arbeides videre med å finne alternative energikilder. Dette bildet forsterkes ved at havrommet, som tidligere tok opp hele 30 % av alt CO2- utslipp i verden, nå tar opp en mindre CO2-andel. 15 Verdenshavene blir varmere og surere og det kommer mer karbon fra dyphavet. Klimautfordringene kan ikke løses lokalt. De krever en global tverrsektoriell satsing hvor forskning og utvikling står i sentrum. Marinteknologisk forskning og innovasjon i Ocean Space Centre for bærekraftig bruk av havrommets ressurser kan gi vesentlige bidrag i denne sammenheng. 12 International Energy Agency Aftenposten innsikt desember

12 7 4. Et marinteknisk kunnskapsnav From Centre of Excellence to Centre of Gravity Teknologiske løsninger for å møte fremtidens utfordringer må skapes i et integrert samvirke mellom fagdisipliner. Vi må forene krefter, kople fagområder, og satse offensivt på forskning og innovasjon. Ocean Space Centre skal nettopp være dette kunnskapsnavet innen marin teknikk som bidrar til at Norge også i fremtiden vil være et globalt tyngdepunkt innenfor området. Professor Torger Reve beskriver i en av leveransene til forstudien hvordan de store globale utfordringene kan omformes til et konkurransefortrinn for Norge dersom det satses riktig. Reve dokumenterer at etableringen og kultiveringen av et marinteknisk kunnskapsnav, et Centre of Gravity, er en naturlig og åpenbar vei for å sikre globale bærekraftige løsninger. Rapporten er i sin helhet gjengitt i Vedlegg 1. Havet er verdens viktigste fremtidige ressursreservoar, ikke minst når vi tar med polarområdene. Havet er en av nøklene til løsning av verdens klimaproblem. Havet og havets ressurser må forvaltes med klokskap og hensynstaking til fremtidige generasjoner. Innen alle disse områdene kan Norge spille en avgjørende internasjonal rolle. Forskning innen industriell konkurranseevne har pekt på betydningen av industrielle næringsklynger. De virkelig kunnskapsbaserte næringer som bioteknologi og informasjons- og kommunikasjonsteknologi, springer ut av superklynger eller globale kunnskapsnav med en stor konsentrasjon av forsknings- og kunnskapsressurser. Globale kunnskapsnav kan illustreres med Bostons posisjon innen bioteknologi. Slike globale kunnskapsnav er kjennetegnet av forsknings- og utdanningsinstitusjoner i verdensklasse, god tilgang på kompetent risikokapital, mange innovative kunnskapsbedrifter, fremragende kunnskapsmessig infrastruktur og et stort antall spesialiserte tjenestebedrifter som opererer globalt. Nøkkelen ligger i høye kunnskapsinvesteringer, tett kunnskapssamspill, intens rivalisering og sterk forretningsmessig orientering. Innovasjonskonkurranse blir under slike betingelser viktigere enn kostnadskonkurranse. Norge har muligheter til å utvikle et globalt kunnskapsnav innen marinteknisk virksomhet og innen energi. Som liten nasjon med et høyt kostnadsnivå og en smal industriell base, må vi spesialisere oss innen noen få spisse kunnskapsområder hvor vi har spesielle kompetansefortrinn å bygge videre på. Norge har klart å utvikle et globalt marinteknisk kunnskapsnav gjennom en stor konsentrasjon av internasjonalt konkurransedyktige bedrifter innen shipping, skipsindustri, offshoreindustri og maritime tjenester. Samtidig har Norge klart å utvikle forsknings- og utviklingsmiljøer innen marinteknisk forskning i verdensklasse, både innen industrien, i instituttsektoren og ved

13 8 universitetene. Forskningsmiljøet ved NTNU, MARINTEK og SINTEF i Trondheim er et godt eksempel på dette. For at et industrielt forskningsmiljø skal kunne tiltrekke seg de fremste talentene og de mest krevende oppdragsgiverne i verden, må det utvikles en spesialisert kunnskapsmessig infrastruktur som gjør fremragende forskning og utvikling mulig. Etableringen av Ocean Space Centre må forstås i et slikt lys. Det nye forskningssenteret må kunne dekke alle fasene fra grunnforskning til innovasjon og kommersialisering. Dette inkluderer analyse, modellering, simulering, eksperimentering, verifikasjon og implementering. Ikke minst vil muligheten for storskala uttesting kunne gi økt systeminnsikt og legge grunnlaget for sikre teknologiske valg samt nødvendige teknologiske gjennombrudd. Målet er å utvikle et bredt forsknings- og utviklingsmiljø innen havromsteknologi (Ocean Space Technology) som retter seg mot shipping og maritim industri, energi og offshore industri, undersjøisk gruvedrift, samt sjømat. Det er naturlig å ha et særlig fokus på miljø og arktiske områder, herunder også Antarktis. Ocean Space Centre skal utvikles i en distribuert løsning, da ikke alle kunnskapsmiljøer som det vil være aktuelt å knytte opp i senteret vil være samlokalisert. I denne sammenheng vil også de regionale høgskolene og kunnskapsparkene naturlig kunne inngå som aktører i Ocean Space Centre. 5. Fremtidens forskningsutfordringer For å identifisere fremtidens forskningsutfordringer har vi gjennomført et antall workshops med industrien, interne workshops på NTNU/MARINTEK/SINTEF, m.v. Vi har tatt mål av oss til se inn i fremtiden anno 2050, da Ocean Space Centre må kunne tjene oss best mulig i et så langt perspektiv. Da er det ikke vilkårlig hvilke krav vi stiller til vårt fremtidige kunnskapssenter. Forskningsutfordringene vi har identifisert er nødvendigvis grunnet i hva vi vet i dag, og hva vi evner å se fremover. Allikevel er det eneste vi vet sikkert om fremtiden at vi ikke kan kjenne den med sikkerhet. Dette kapitlet støtter seg på følgende delrapporter (Vedlegg 2 6): 2. Visjonsprosjektet Temagruppe for numerikk MARINTEK rapport, november Havlaboratorier og arktiske laboratorier i Ocean Space Centre MARINTEK Rapport, januar Skipstekniske laboratorier i Ocean Space Centre MARINTEK Rapport, januar Konstruksjonslaboratorium i Ocean Space Centre MARINTEK Rapport, desember 2009.

14 9 6. Laboratorier for fiskeri, havbruk og havmiljø i Ocean Space Centre MARINTEK Rapport, januar Ocean Space Centre vil ha fokus på bærekraftig utnyttelse av havrommets ressurser. Med bakgrunn i dette har forstudien prioritert 6 applikasjonsområder som alle krever tverrfaglighet, ny kunnskap og ny havromsteknologi (Mat; Arktis; Energi; Miljøvennlig skipsfart; Ultradypt vann; Kystsonen). Marintekniske forsknings- og teknologiutviklingsområder relatert til disse applikasjonsområdene beskrives i det følgende. Videre hvordan disse bygger opp om å møte de globale utfordringene (mat, energi, klima) som vi står overfor. Figur 1 viser skjematisk disse relasjonene. De globale utfordringene: Mat Energi Klima De marintekniske utfordringene: Havbruksteknologi Energieffektiv og bærekraftig fiskeriteknologi Arktis Olje og gassutvinning på dypt vann Fornybar havenergi Miljøvennlig skipsfart Ekstremvær hardtværsproblematikk Kystsoneproblematikk effekt av havstigning Figur 1 Fremtidens utfordringer 5.1 Mat Å sikre nødvendig mat, samt rent vann til en stadig økende befolkning, er en vesentlig global utfordring som vil vokse i tiden som kommer. I dag er potensialet for matproduksjon på land i stor grad utnyttet ytterligere økning vil i stor grad måtte skje på bekostning av verdifulle biotoper, slik som regnskog. Også fiskeriressursene er med dagens fangstmetoder stort sett fullt utnyttet, eller endog overbeskattet. Mat fra havet høstes i dag veldig langt opp i næringskjeden. I og med at ca 90 % av energien går tapt for hvert ledd oppover i næringskjeden er det et stort potensial for å øke matproduksjonen fra havet ved å høste lenger ned i næringskjeden. To eksempler på slik utvikling, der forskning utført i Trondheims teknologimiljø står sentralt, er fangst av krill og rauåte, og dyrking av stortare. Ocean Space Centre har som mål å bidra med forskning som gjør det mulig å øke matproduksjonen fra havrommet på en bærekraftig måte. Havbruk har et stort potensial for matproduksjon. Norge har en lang kyst med spesielt gode forhold for akvakultur. Vi er verdensledende på lakseoppdrett. Asia er meget store på oppdrett, men der er oppdrett i stor grad ferskvannsbasert, og mangel på areal og vann gjør videre vekst vanskelig. I Norge (og andre kyststater, slik som for eksempel Chile) er

15 10 det god tilgang på arealer, men det er betydelige utfordringer knyttet til tilgang på fór, sykdommer, og rømning. Marin teknologi spiller en viktig rolle i løsningen av flere av disse utfordringene ved for eksempel fangst av fór og arter lenger ned i næringskjeden, ved å utvikle anlegg som tåler mer eksponerte lokaliseringer, og ved å utvikle mer rømningssikre og beskyttede anlegg for eksempel lukkede, flytende anlegg. Betydningen av samspillet mellom teknologi og biologi er antakelig undervurdert. Fiskeriressursene er av meget stor verdi for Norge, men de må utnyttes på en mer bærekraftig måte. Spesielt må energiforbruket knyttet til høsting av fiskeriressursene reduseres, skadene på bunnvegetasjonen må reduseres, og andelen fisk som går til spille må kraftig ned. Reguleringer og andre politiske tiltak er viktige, men også teknologi innen design av fiskefartøy, nye fangstmetoder og redskapstyper, ubemannede undervannsfarkoster for fiskeriforskning og opprydding i tapte redskaper osv. Betydningen av samspillet mellom teknologi og biologi er også her antakelig undervurdert. Her ligger det et betydelig potensial i å utvikle teknologi på biologiens premisser. 5.2 Arktis Nordområdene er ressursrike, men er lite utnyttet. Nordområdene har stor strategisk betydning, hvor Norge hevder suverenitet over store arealer. Nordområdene er rike på biomarine ressurser. En betydelig del av verdens uoppdagede ressurser av fossil energi antas å være i Nordområdene. Klimaendringene forventes å ville gi kommersiell skipsfart i nær fremtid i Nordøstpassasjen (Nordlige sjørute). Til tross for klimaendringene kjennetegnes Nordområdene med betydelige utfordringer knyttet til store avstander, værhardt og kaldt klima, mørketid, sårbart miljø og store ubefolkete områder; utfordringer som vil stå sentralt i utviklingen av Ocean Space Centre for å sikre nødvendig kunnskap og havromsteknologi for å kunne operere på en bærekraftig måte i disse områdene. Antarktis er vårt andre nordområde hvor Norge også gjør hevd på store områder. Antarktis ligger fjernere i forhold til Europa, og er mer utilgjengelig. De klimatiske utfordringene er vel så utfordrende. Det antas at havrommet i Antarktis byr på betydelige ressurser. I dag høstes biomarine ressurser. I fremtiden kan det også være aktuelt å høste andre ressurser som måtte finnes i dette havrommet. Ocean Space Centre vil utvikle ny kunnskap og havromsteknologi for å møte dette behovet. 5.3 Energi Økonomisk utvikling krever tilgang til energi. Stadig flere land har hatt en økonomisk utvikling som gjør at etterspørselen etter energi globalt har økt dramatisk. Vi har i dag underskudd på bærekraftig energi. Dette er også hovedårsaken til de klimautfordringene som vi nå står overfor. Det er et stort potensial for å kunne utnytte fornybar energi fra

16 11 havet, gitt at vi har teknologien. Fossil energi vil imidlertid i lang tid fremover fortsatt ha stor strategisk betydning, men blir samtidig stadig vanskeligere tilgjengelig. Det globale potensialet for olje og gassutvinning på dypt vann er estimert til rundt 180 milliarder BOE. 16 Videre er det forventet at majoriteten av uoppdagede hydrokarboner på den norske kontinentalsokkelen er på dypt vann. Nye funn på dypt vann er blant annet karakterisert ved: - Stadig økende vanndyp, opptil 3000m - Ofte langt fra eksisterende infrastruktur - Lavt reservoartrykk som krever kunstig løft - Mindre utvinnbare volum enn fra modne felt Dypvannsområdene i norske farvann og i Mexicogolfen er forbundet med hardt vær, med store bølger, sterk vind og sterke strømmer. Klimaendringer kan komme til å gjøre forholdene enda verre. Økende krav til sikkerhet, og til nullutslipp betyr at allerede strenge krav til verifisering av sikkerheten gjennom forsøk og beregninger sannsynligvis vil bli enda strengere enn i dag. I sikkerhetsfokuserte verifikasjonstester vil det sannsynligvis bli stilt krav til komplett modellering av hele systemer, noe som medfører at man trenger havbasseng med vesentlig større vanndyp enn i dag. Utvikling og verifisering av sikre og kostnadseffektive marine operasjoner for installasjon av subseautstyr er en nøkkelutfordring for utbygging av marginale felt. Teknologi som muliggjør bruk av autonome arbeids- og inspeksjonsfarkoster er av stor betydning både for petroleumsvirksomhet på dypt vann og i Arktis, så vel som for andre applikasjoner i havrommet. Innen fornybar havenergi er følgende typer energiutvinning aktuelle: - Bølgekraft - Offshore vind (bunnfast og flytende) - Strøm/tidevannskraft - Termisk energi fra havet - Saltkraft Det er primært de tre første som er viktigst for aktivitetene i Ocean Space Centre. For disse tre er kunnskap knyttet til hydrodynamikk, strukturrespons, kraftgenerering og kontrollsystemer viktig, og spesielt samspillet mellom disse kunnskapsområdene. Mange av problemstillingene er de samme som innen offshore olje- og gassutvinning, men en vesentlig forskjell er at det er mindre penger involvert, men også mindre risiko for skadelige hendelser. Begge momenter tilsier at teknologiutviklingen kan ta ganske andre former enn for offshore olje- og gass. For eksempel er det sannsynlig at en langt større del av den eksperimentelle utprøvingen vil finne sted til sjøs i stor eller full skala. Konsepter for fornybar havenergi vil trenge totalkonseptverifikasjon i større grad enn 16 BOE: barrel of oil equivalent

17 12 andre teknologier siden vi snakker om umodne teknologier. Dette motiverer for systemtesting i stor skala. Satsingen på fullskalatesting, bruk av sjøen som laboratorium og store laboratorier i Ocean Space Centre vil legge til rette for slike tester. Energibransjen etterlyser også muligheter for å teste offshore havenergikonstruksjoner i stor skala under kontrollerte betingelser noe som tilsier et behov for store laboratorier. I tillegg vil studier av ukjente og fysisk komplekse interaksjonseffekter innenfor energiparker i stor grad måtte støtte seg på en kombinasjon av numerisk modellering og fysiske forsøk. Vedlegg 3 beskriver utfordringer med utvikling av teknologi for fornybar havenergi. 5.4 Miljøvennlig skipsfart Skip og skipsfart har eksistert gjennom alle tider, og slik vil det fortsette. Effektiv transport er avgjørende for all økonomisk utvikling. En betydelig del av all transport i verden går på kjøl. Skipsfarten står for store miljøutslipp, men utnyttet på en effektiv måte er skipsfart en meget miljøvennlig form for transport. Miljøvennlig skipsfart vil være et viktig satsingsområde i Ocean Space Centre, og må dekkes i sin fulle faglige bredde i en vugge til grav tankegang. Innen miljøvennlig skipsfart er i tillegg til diskusjonene om overgang fra tungolje til lettere oljer for å unngå skadelige utslipp til sjø, fokuset på kort sikt å redusere energiforbruket, for derved å redusere skadelige utslipp til luft. Dette er delvis en politisk drevet utvikling, men minst like mye drevet av hensynet til økonomi. I tillegg kommer tiltak for reduksjon av NOx og SOx, der driverne er politiske, og løsningene er teknologiske. LNG-drevne skip er et godt alternativ i så måte. Energireduserende tiltak er optimalisering av skrog og propulsjonssystem, forbedrete energisystemer, friksjonsreduserende maling og spesielle overflatebehandlinger, men også driftstekniske og logistikkmessige forbedringer. På lang sikt er målet en tilnærmet klimanøytral skipsfart, der fornybare energikilder som vind og bølger kan spille en viktig rolle, men der man også er på jakt etter helt nye måter å tenke skipsfart og fremdrift på. I denne sammenheng er det viktig å påpeke at transport generelt og skipsfart spesielt har større vansker med å finne miljøvennlige energibærere enn landbaserte og stasjonære energibrukere. Det er derfor et stort behov for teknisk utvikling av klimanøytrale energibærere til bruk i skipsfart. 5.5 Ultradypt vann Ultradypt vann defineres som vanndyp i intervallet meter. I dag foregår en viss aktivitet knyttet til høsting av mineralrike ressurser på havbunnen på meters dyp. Etter hvert som landbaserte ressurser av for eksempel kobber tømmes vil mineralutvinning på havbunnen bli et meget interessant alternativ, der norsk offshorekompetanse kan spille en viktig rolle. Offshore olje- og gassvirksomhet foregår i dag ned til ca 2600 meters havdyp, men forventes i fremtiden å bli utviklet på stadig

18 13 dypere vann. Over halvparten av jordas overflate er dekket med hav på dyp større enn 3000 meter. Vi vet svært lite om disse dypene, hva som finnes på havbunnen, under havbunnen og hva som finnes i vannsøylen. Det vi imidlertid vet er at det i fremtiden vil være viktig å kunne utnytte ressursene som finnes i dette havrommet på en bærekraftig måte. Utvikling av havromsteknologi vil være avgjørende for å kunne oppnå dette. 5.6 Kystsonen Økende befolkning, og en økende andel mennesker bosatt langs verdens kyster betyr økt press på kystsonen, med tilhørende utfordringer knyttet til denne. I tillegg er det forutsagt at klimaendringene vil medføre mer ekstreme værforhold. Dette vil for eksempel medføre økt havnivå, som nok vil skape problemer i Norge, men som vil være katastrofale i andre deler av verden. Coastal engineering er et stort fagområde globalt. Erosjon av kystsonen er en stor utfordring i mange land. Klimatiske endringer fører til hyppigere oversvømmelser i eksponerte områder. I tettbefolkete landområder vinnes stadig nytt land fra havet, og det bygges flytende infrastrukturer som flyplasser og nye bydeler. Kystsoneproblematikk knyttet til erosjon, diker, moloer og havneutbygging vil derfor bli viktigere i framtiden og vil kunne være et utfordrende satsingsområde for Ocean Space Centre. 6. Hvordan møte fremtidens utfordringer The Ocean Space Centre will deliver cutting edge knowledge and bleeding edge research creating (deep) critical insight Visjonen til Ocean Space Centre er å være et kunnskapsnav et Centre of Gravity for fremtidens havromsteknologi. Ocean Space Centre skal være internasjonalt ledende på forskning og innovasjon innen havromsteknologi, og skal tiltrekke seg de beste hodene innenfor de aktuelle områder. Utvikling av ny kunnskap skal kjennetegnes av tverrfaglig samspill mellom aktører. Matematisk modellering kombinert med fremtidens laboratorier vil være forutsetningen for suksess. Ocean Space Centre skal bidra til et bærekraftig havrom hvor vi aktivt høster av havrommets ressurser og muligheter for å møte menneskehetens store globale utfordringer: Mat, Energi og Klima. Havet er et enormt energilager. Havet byr på enorme matressurser. Havet er den dominerende ferdselsåren, som det alltid har vært. Og havet antas å by på enorme uoppdagete ressurser av ulike slag. 6.1 Vi må evne å være kreative Å ha fleksibilitet til å omstille seg til nye og ukjente problemer vil være den viktigste egenskapen til Ocean Space Centre, noe som blant annet medfører at

19 14 laboratorieinfrastrukturen må være bredt sammensatt og fleksibel. De fleste av forskningsutfordringene beskrevet i kapittel 5 er tverrfaglige. Den faglige bredden i Ocean Space Centre gir en unik mulighet til å sette sammen team med bred kompetanse. Det er en rivende teknologisk utvikling rundt oss; dette gjelder ikke minst innenfor felter som for eksempel materialteknologi og datateknologi. Måten vi vil løse marinteknologiske utfordringer på i fremtiden vil opplagt påvirkes av den teknologiske utviklingen vi alle sitter oppe i. Ocean Space Centre må ta en helhetlig tilnærming til utfordringene, hvor tverrfaglighet og visjonær bruk av nye teknologiske muligheter farger hverdagen. Nye problemstillinger tar man gjerne først til laboratoriene, der man kan kartlegge og forstå fysikken i problemene slik at numeriske modeller kan utvikles for å støtte opp om videre analyser. Verifiserte numeriske verktøy vil dermed inngå som en del av vår verktøykasse slik at vi kan tilby den best mulige løsningen for kunden til enhver tid. For å kunne verifisere og validere beregningsmodellene krever man stadig mer avanserte forsøk. Dette stiller strengere krav til våre laboratorier, både innen måleteknikk og nøyaktighet samt til laboratorieutstyr og utforming. Gode fagmiljø både innenfor bruk og utvikling av numeriske verktøy samt utnyttelse og utvikling av laboratorier vil være viktig i denne sammenheng. En av de viktigste styrkene med dagens Marinteknisk Senter er og har vært samspillet mellom utvikling av ny teori, numeriske metoder og laboratorier. Utviklingen innenfor simulator- og instrumenteringsteknologi gjør dette enda mer aktuelt fremover. Såkalte hybride forsøk med sanntids samkjøring av simuleringsverktøy og fysiske forsøk vil gi oss mulighet til å studere fysiske fenomen og effekter i enda større grad enn ved tradisjonell bruk av simulatorer og eksperimenter. For å møte fremtidens krav til hybrid testing kreves det at både laboratorier og simuleringsverktøy utvikles parallelt. Også her er fleksibel laboratorieinfrastruktur avgjørende. Det å kunne ha laboratorier tilgjengelig som enkelt kan tilrettelegges for å studere nye problemstillinger og som enkelt kan koples sammen med en virtuell virkelighet er avgjørende for å kunne møte fremtidens utfordringer. Disse problemstillingene er utdypet i Vedlegg 2-6. Vår evne til å kommunisere vår kompetanse og våre forskningsresultater med omverdenen har gjort miljøet ved Marinteknisk Senter unikt. Vi har greid å samspille laboratorieresultater, teoretisk spesialkunnskap innenfor flere disipliner og trekke sammen de riktige mennesker både i NTNU, MARINTEK og SINTEF når våre kunder har hatt behov for å løse et problem. Det unike samarbeidet mellom universitetet og forskningsinstituttet er avgjørende i denne prosessen. Vi møter våre klienter og oppdragsgivere med åpenhet, evne til å løse problemer og samtidig profesjonell presishet, og trekker kunder og samarbeidspartnere fra hele verden til Trondheim.

20 Ulike fremtidsscenarier Det er umulig å forutsi fremtiden. Slik sett er det også umulig å være sikker på de fremtidige forskningsutfordringer som Ocean Space Centre vil møte. Vi kan imidlertid forberede oss ved å ta våre forholdsregler. Et ukjent antall faktorer bestemmer hvordan fremtiden vil se ut. Denne forstudien har derfor benyttet ulike fremtidsscenarier for best mulig å forsøke å beskrive de fremtidige behovene. Scenariene er utviklet ved hjelp av scenariometodikken hvor målet har vært å se for seg verden i 2050 og diskutere betydningen av disse for marintekniske forsknings- og utviklingsområder. De ulike fremtidsscenariene som er utviklet er indikert i Figur 2 der scenariene skisseres på tvers av de definerte hoveddriverne. Ocean Space Centre har som mål å bidra til å skape en fremtid som er mest i tråd med det grønne scenariet. Green, clean and united I dette scenariet tilbyr bærekraftige energikilder, eksempelvis hydrogen, revolusjonerende energiteknologier (backstop technology) som gjør det mulig for verden å bevege seg bort fra bruken av fossilt brensel. Dette øker mulighetene for å hindre dramatiske konsekvenser fra menneskeskapte klimaendringer. Scenariet karakteriseres av sterk økonomisk vekst og globalisering og vi har sterke globale institusjoner som motiverer og mobiliserer til samarbeid for å løse problemer. Påvirkningen fra teknologier er sterk og teknologiske endringer er radikale. Dette er et scenario med bærekraftig utvikling (green and clean) i en forent verden (united) der man samarbeider for å løse fundamentale problemer. Figur 2 Hoveddrivere og fremtidsscenarier for Ocean Space Centre Dette beskriver kun et tenkt bilde for muligheter og utfordringer som ligger i fremtiden. Det er nødvendig å huske at utviklingen kan ta en annen retning og medføre andre