De scheepvaart moet duurzamer. Onderzoekers van de TU Delft werken aan nieuwe concepten, die ze op schaal testen in hun watertanks. Donderdag 25 september, op World Maritime Day, toonden ze deze aan de pers.

In de flume tank (stroomgoot) in het maritieme onderzoekslab van de TU Delft maken twee gekleurde, naast elkaar liggende bootjes heel veel lawaai. Het water stroomt, de bootjes blijven op hun plek liggen, erg spectaculair ziet het er eigenlijk niet uit.

Maar schijn bedriegt.

De schepen zijn uitgerust met camera’s, sensoren en een besturingssysteem dat ze autonoom op elkaar laat reageren, en ervoor zorgt dat ze niet van hun plek komen of tegen elkaar aan drijven. Het is een simulatie van een onderdeel van een heavy lift-operatie zoals het installeren van een windturbine, heeft transport-ingenieur Vasso Reppa net uitgelegd. Het betreft hier een geavanceerd staaltje technologie.

Het is één van de demonstraties die een groepje journalisten op bezoek bij de TU Delft deze middag te zien krijgen. Op 25 september, World Maritime Day, mochten zij rondkijken bij de twee testtanks die het maritieme onderzoekslab rijk is: de flume tank en de sleeptank.

De dag was tevens een eerbetoon aan Lex Keuning (1950-2023), de botenexpert van de TU Delft die veertig jaar lang onderzoek deed aan zeiljachtrompen, en veel heeft betekend voor de maritieme sector. Vanaf nu staat er een plaquette met zijn naam bij de sleeptank.

Duurzaamheid

Bij het experiment in de flume tank wordt technologie getest die met name is ontworpen om de scheepvaart veiliger te maken – meer dan de helft van de ongelukken op zee is namelijk het gevolg van menselijke fouten, en die maken autonome systemen niet. Bij de rest van het onderzoeksprogramma draait het vooral om duurzaamheid. Want wat de reductie van de uitstoot van schepen betreft, valt nog wel wat te verbeteren in de scheepvaart. 

‘De zeescheepvaart moet minder CO2 uitstoten en schonere brandstof gebruiken. Nieuwe schepen moeten energiezuiniger gebouwd worden’, stelt de Rijksoverheid, gebaseerd op afspraken binnen de Internationale Maritieme Organisatie (IMO) en de Europese Unie. De IMO wil dat de gemiddelde CO2-uitstoot in het jaar 2030 al 40 procent lager is dan in 2008, in 2050 verder gedaald is met 70 procent, en aan het einde van de eeuw zelfs volledig verdwenen is.

Motoren en zeilen

Aan de onderzoekers van de TU Delft zal het niet liggen. Zij zijn druk bezig met het ontwikkelen van motoren met minder uitstoot, moderne zeilen voor windondersteuning, en scheepsontwerpen waarvoor minder grondstoffen nodig zijn.

Zo werkt scheepsmotorexpert Lindert van Biert aan een emissieloos aandrijfsysteem met elektriciteit uit brandstofcellen om de verbrandingsmotor te vervangen, en scheepsbouwkundige Apostoles Grammatikopoulos aan minder starre schepen. Hoe maak je die motoren en schepen bestand tegen de omstandigheden op zee, zoals lange draaitijden (tot wel zesduizend uur per jaar) , zout water, en de beweging van stampende of deinende golven? Vooral voor dat laatste biedt de sleeptank een ideale testomgeving. 

Een bootje wordt door de sleeptank gesleept. Credits: TU Delft

Werking

De sleeptank is een bassin van 142 meter lang, 4,2 meter breed en 2,5 meter diep, met een rail langs beide lange zijden. Op deze rails staat een plateau, dat dus boven het bassin hangt en langs de rails heen en weer kan bewegen. De te testen schepen worden vanaf dit bewegende plateau door het water getrokken om de stroming en wrijving langs de romp te bestuderen, maar ook kleine vervormingen van het schip zelf te meten. Via camera’s op het plateau – die dus net zo snel bewegen als het schip – is alles goed te observeren.

Vervorming

‘Eén van de problemen waar ik naar kijk is resonantie’, zegt Grammatikopoulos. ‘Dat is het verschijnsel dat maakt dat een emmer water soms opeens heel hard gaat klotsen als je met een bepaald ritme aan het lopen bent, of de ramen in de bus opeens gaan trillen als de motor van de bus met een bepaalde frequentie draait. Als golven dat effect op een schip veroorzaken, kan dat het materiaal ernstig verzwakken op de plekken waar de trillingen optreden.’

Het dek van het testschip op schaal dat hij voor deze studies met een 3D-printer maakte, is gestippeld, om vervormingen goed te kunnen waarnemen. ‘Alles goed op schaal namaken kost meer tijd dan de proeven zelf. Je moet dat namelijk zo doen dat ook de krachten die op het schip werken vergelijkbaar zijn met de krachten op het echte schip’, zegt de onderzoeker.

Door de respons van het schip op de golven te testen en door te rekenen, wordt de onzekerheidsmarge in de benodigde sterkte van het schip kleiner en kan de veiligheidsmarge die voor de schepen wordt aangehouden omlaag. Dat maakt de schepen lichter en dus zuiniger, en scheelt staal en andere grondstoffen, legt Grammatikopoulos uit.

Dankzij de stippen op het dek van het schaalmodel van de boot, zijn vervormingen goed waar te nemen.

Wind

Een veelbelovende – en ook al gebruikte – manier om schepen duurzamer te maken, is met windondersteuning. Varen op wind gebeurde duizenden jaren geleden al, met een piek in de 19e eeuw. Maar voor de huidige scheepvaart, met voorgeschreven routes en strakke tijden, zijn er andere uitdagingen dan toen. Ook zijn er geavanceerdere zeilen, zoals vliegers, vaste zeilen en Flettner-rotoren.

Een boot met zeilen gaat echter ook kantelen en verlijeren (zijwaarts wegdrijven), vertellen hydrodynamica-onderzoekers Gunnar Jacobi en aerodynamica-onderzoeker Alberto Rius Vidales. ‘Een zeil op de boot heeft pas zin als die boot ontworpen is om te zeilen.’ Dat is dan ook precies wat zij doen.

Zeilen kunnen in de tank niet worden getest, leggen ze uit. ‘Er is hier nu eenmaal geen wind.’ Daarom testen ze het effect van de zeilen in de windtunnel die verderop in de TU Delft aanwezig is, vertalen de resultaten in krachten die op de boot werken, en geven die mee aan de sleeptanktesten.

Aan het einde van de middag krijgen we daadwerkelijk zo’n test te zien. Wel moeten we om veiligheidsredenen achter het bewegende platform blijven, dat langzaam bij ons vandaan beweegt. Op een videoscherm is het bootje te zien dat wordt voortgesleept, en het waterpatroon daar omheen. Een leerzame exercitie, al zal de ultieme test toch het uitvaren van de echte schepen zijn.

Openingsbeeld: Sanne van der Sman