Dankzij radicale ingrepen in het ontwerp kunnen binnenvaartschepen aanzienlijk schoner varen, maar het aanbrengen van relatief eenvoudige filters en katalysatoren doet ook al wonderen. Een impressie van de mogelijkheden.
Rijkert Knoppers
In: MilieuMagazine nr. 10 nov 2014
Het Havenbedrijf Rotterdam gaat de komende maanden stimulerende maatregelen nemen om de CO2-uitstoot in de scheepvaart te verminderen. Het havenbedrijf probeert al langer de milieuvervuiling terug te dringen, bijvoorbeeld door korting te geven op de liggelden voor schepen die minder stikstof en zwavel uitstoten dan de officiële norm. Ook het propageren van het gebruik van LNG (Liquefied Natural Gas) ter vervanging van stookolie behoort tot het beleid. Uit milieuoogpunt kan de toepassing van vloeibaar aardgas aantrekkelijk zijn, maar er zijn nog wel de nodige belemmeringen. Volgens een studie van TNO kan het gebruik van LNG, gerekend van “well” tot “propeller”, tot 10 procent minder uitstoot aan broeikasgassen leiden ten opzichte van het verstoken van diesel. TNO keek hierbij naar een containerschip, een havenschip en een 110 meter lang binnenvaartschip. ‘Een verdere verbetering is mogelijk door het verlagen van de relatief hoge methaan (CH4) emissies van de motoren,’ aldus het betreffende rapport. Een andere studie van het Centrum Maritieme Technologie en Innovatie voegt hieraan toe dat de inzet van LNG zeker haalbaar is, maar dat er ook nog een aantal uitdagingen zijn. Zo ontbreekt het nog aan internationale regelgeving op dit gebied, er zijn nog geen normen voor de vulaansluiting en de levering van LNG is in ons land op een enkel punt na nog slechts beperkt mogelijk. Daarnaast blijkt het aanpassen van een bestaand schip erg kostbaar te zijn, en er zijn bovendien ook andere technologieën en brandstoffen denkbaar die uit oogpunt van duurzaamheid een goed alternatief kunnen bieden. Het onlangs verschenen rapport Duurzame brandstofvisie met LEF van de SER, een vervolg op het Energieakkoord, plaatst eveneens kanttekeningen bij de mogelijke inzet van LNG: ‘Stimuleren van de transitie naar LNG zal in eerste instantie vooral op de lokale luchtkwaliteit een positief effect hebben,’ aldus het deelrapport Duurzame Scheepvaart uit juni 2014. ‘De echte winst op CO2, zal in tweede instantie (ná 2030), een rol gaan spelen op het moment dat overgegaan kan worden op inzet van bio-LNG.’
Flappende vleugel
Maar er zijn ook andere maatregelen denkbaar om de milieubelasting van binnenvaartschepen te verminderen. Door je schip te laten aandrijven door een ‘flappende vleugel’ in plaats van door een traditionele schroef, bijvoorbeeld. Met behulp van een zogeheten O-foil aandrijving beweegt er een vleugel, zo breed als het schip, onder water op en neer met een frequentie van bijvoorbeeld 60 keer per minuut. Hierdoor ontstaat er een liftkracht in het water die zorgt voor de voortstuwing. Doordat het stuwingsoppervlak groter is dan van een gangbare schroef is het rendement van de voortstuwing hoog en kan het brandstofverbruik maar liefst vijftig procent lager komen te liggen. Deze voortstuwingstechniek is geschikt voor binnenvaartschepen en andere schepen met een beperkte diepgang. ‘Deze manier van voortstuwing lijkt op die van een zwemmende dolfijn,’ vertelt Bas Goris, directeur van het in Arnhem en Rotterdam gevestigde O-foil. ‘We hebben een eerste schip met deze techniek uitgerust, de 38,7 meter lange ms Triade, waarbij we de traditionele voortstuwingsinstallatie hebben vervangen door een dieselelektrisch aangedreven vleugel. We leggen momenteel de laatste hand aan de software, binnenkort gaat het schip in België varen.’ Vanaf dat moment zullen er ook metingen bij de Triade plaatsvinden, naar verwachting zullen de meetresultaten met betrekking tot brandstofverbruik en emissies binnen enkele maanden bekend zijn. Volgens berekeningen zou de milieuwinst groot kunnen zijn. Binnenvaartschepen met een schroef verbruiken 200.000 tot 400.000 liter diesel per jaar. Wanneer hiervan de helft te besparen valt zou de huidige Europese vloot aan binnenschepen met O-foil jaarlijks 2 miljoen ton CO2 minder uitstoten. De uitstoot van andere stoffen zoals NOx en fijnstof zou volgens berekeningen van O-foil zelfs met meer dan 75 procent kunnen afnemen.
Het idee van de op-en-neergaande vleugel is ontstaan na bestudering van het Whale Tail Wheel (WTW), een noviteit van wijlen prof. Dick Van Manen, dat later verder ontwikkeld is door een consortium met o.a. Van Voorden Gieterij in Zaltbommel onder de naam Walvisstaart Exploitatie BV. Hierbij dienen de bewegingen van een walvisstaart als uitgangspunt. Het WTW bestaat uit twee wielen waartussen een aantal dunne horizontale bladen zijn aangebracht. Zowel de beide wielen als de bladen maken draaiende bewegingen. Volgens Goris was het basisidee van de WTW goed, maar de mechanische uitwerking bleek veel te complex. De O-foil aandrijving is in feite een eenvoudige uitvoering van deze walvisstaart.
O-foil heeft inmiddels een volgende stap gezet, en wil nu een 86-meterschip met de nieuwe aandrijftechniek gaan uitrusten. ‘Dan moet je je realiseren dat een dergelijke boot wat volume betreft vijf keer zo groot is als de Triade, terwijl voor de voortstuwing eveneens vijf keer zoveel vermogen nodig is. Wij hebben onlangs een schipper gevonden voor een 86-meterschip, die in deze nieuwe aanpak geïnteresseerd is. Voor de pilot gaan we een nieuw schip bouwen, we zijn bezig de financiering rond zien te krijgen,’ aldus Goris. ‘De schipper moet natuurlijk zelf een deel investeren, maar de vooruitzichten zijn goed. Voor de bouw van het schip hebben we trouwens ook Europees subsidiegeld gekregen. Maar de subsidiegever eist dat we zelf over kapitaal beschikken. Dat hebben we nog niet rond, dus we zijn nog op zoek.’
Scheepsvorm
Volgens dr. ir. Robert Hekkenberg, universitair docent “ship design and operation” van de TU Delft is de O-Foil slechts één van de vele technieken die voorhanden zijn om de milieubelasting van de binnenscheepvaart te verminderen. Zo valt er ook veel winst te behalen door een beter ontwerp van de scheepsvorm. ‘Het ontwerp van binnenschepen gebeurt nu erg intuïtief, op basis van jarenlange ervaring,’ vertelt Hekkenberg. ‘Met behulp van computational fluid dynamics en modelproeven kan door een betere vorm de weerstand in het water flink omlaag, maar de betrokkenen in de binnenvaart ervaren deze aanpak vaak als te duur. Voor zeeschepen is het wel al mogelijk om met veel eenvoudigere empirische schattingsmethoden een goed beeld te krijgen van het brandstofverbruik van een schip, waardoor een optimalisatie gemakkelijk mogelijk is, Voor de binnenvaart ontbreken vooralsnog dergelijke methodes. In de zeevaartsector is het nemen van energiezuinige maatregelen vanwege de relatief korte terugverdientijd overigens ook aantrekkelijker dan bij de binnenvaartschepen.’ De TU Delft en Maritime Research Institute Netherlands (MARIN) werken nu samen met een aantal ontwerpers van binnenschepen aan het zogeheten Top Ships project, om een eenvoudige methodiek te ontwikkelen om het ontwerp van scheepsrompen te kunnen verbeteren.
Een andere energiebesparende techniek is het toepassen van luchtsmering, door tijdens het varen een dunne laag luchtbellen uit de bodem van de romp te laten ontsnappen. Uit modeltests bij het MARIN blijkt dat dit systeem gemiddeld zo’n 15 procent weerstandsreductie oplevert, wat derhalve leidt tot een substantiële brandstofbesparing. ‘Maar je moet niet vergeten dat je met het toepassen van filters en katalysatoren de milieuvervuiling ook aanzienlijk kunt terugdringen,’ stelt Hekkenberg. ‘De techniek is voorhanden, maar de regelgeving stelt echter geen eisen op dit gebied. Bovendien is het zeer lastig om de investering terug te verdienen.’