Zeilende vrachtvaart

Kan de commerciële scheepvaart profiteren van windvoortstuwing? Het multidisciplinaireonderzoeksprogramma Wind assisted ship propulsion (Wasp) zoekt de komende vier jaar uithoeveel brandstof te besparen is door optimaal gebruik te maken van de wind.

De vroegste afbeeldingen van zeilende vrachtschepen dateren uit het oude Egypte. Zeker al vijfduizend jaar maken zeelieden gebruik van de wind. Met de tijd werden zeilschepen steeds groter, sneller en imposanter, met de laat-negentiende-eeuwse klippers als voorlopig hoogtepunt.

Bijna net als vroeger

Stoommachines en verbrandingsmotoren namen rond het begin van de twintigste eeuw de voorstuwing over. Dat ging lang goed. Zo goed zelfs dat 90% van de spullen die je om je heen ziet per boot zijn gearriveerd. Inmiddels zijn emissiebeperkingen en luchtkwaliteitseisen knellend en dient een nieuw hoofdstuk zich aan. Vooruitziende geesten wijzen naar windvoortstuwing om de uitstoot van scheepsmotoren te verminderen. Net zoals vroeger, maar dan anders. Daar komt Wasp (scheepsvoortstuwing met windhulp) om de hoek kijken, een onderzoeksprogramma dat in 2020 werd geïnitieerd door Lex Keuning, een gepensioneerd maritiem ingenieur van de TU Delft, die eind november 2023 overleed. Het programma, waarbij zowel de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek als Werktuigbouwkunde van de TU Delft betrokken zijn, heeft een praktische insteek. De zeilvoorziening op vrachtschepen zou geen extra personeel aan boord vereisen en aanzienlijke besparingen in brandstofverbruik moeten opleveren. De vraag is: hoeveel en op welke manier?

Roterende cilinders

In de jaren 80 werden al grote vliegers (kites) op de boeg van vrachtschepen geïntroduceerd, zogenaamde SkySails of DynaRig zeilen. Het Delftse onderzoek richt zich echter niet op zeilen van doek, maar op roterende cilinders. Dit zijn zogenoemde Flettner-rotors, die dankzij een aerodynamisch effect een voortstuwende kracht op het schip uitoefenen. Het voordeel hiervan is dat roterende cilinders zijn in te passen op conventionele schepen zonder dat er extra personeel of kennis voor nodig is. Eerder onderzoek liet zien dat toepassing van zo’n rotor 5 tot 15% brandstof kan besparen. Het doel van het Wasp-programma is om te komen tot een ontwerp van een romp en een roterende cilinder dat tientallen procenten brandstofbesparing oplevert. Het onderzoek vraagt de komende vier jaar de inzet van zestien afstudeerders, acht promovendi en vier postdocs onder leiding van vier stafleden verdeeld over de twee faculteiten.

Het doel is te komen tot een ontwerp van romp en roterende cilinders dat tientallen procentenbrandstofbesparing oplevert.

Samenwerking universiteit en industrie

De ontwikkeling van windhulpvoortstuwing vraagt om een geïntegreerde aanpak van universiteit en industrie. Scheepswerven moeten ermee aan de slag, rederijen moeten het willen, maar de universiteit moet vooroplopen met de ontwikkeling van de kennis en de gereedschappen. Bij het onderzoek in de windtunnel van de TU Delft wordt gekeken hoe je de weerstand van de rotor zo klein mogelijk kunt maken en tegelijkertijd de voortstuwende kracht zo groot mogelijk. Oud-promovendi Giovanni Bordogna en Nico van der Kolk maakten daar een begin mee en startten na hun promotie in 2020 het bedrijf Blue Wasp Marine, gevestigd in Rotterdam.

Rotor met meerdere secties

Nieuw onderzoek moet uitwijzen of een rotor met meerdere secties die met verschillende snelheden draaien een beter effect oplevert dan een rotor uit een stuk. Onder water moet de kracht op de rotors worden omgezet in een voorwaartse beweging. Zeiljachten hebben een kiel of zwaard om de zijwaartse druk te beperken, zodat voornamelijk de voorwaartse kracht overblijft. Maar hoe gaat dat het best bij een vrachtschip? Experimenten in de sleeptank moeten duidelijk maken welke stromingen optreden bij een vrachtschip. Initiatiefnemer Keuning hoopt dat het onderzoek niet alleen leidt tot brandstofbesparingen en reductie van CO2-emissie, maar tot ook een groeiende belangstelling voor windvoortstuwing op vrachtschepen onder staf en studenten van de TU. En vervolgens tot de toepassing van de resultaten door de industrie. “Want als je iets wilt doen om de scheepvaart te verduurzamen, is dit het moment”, aldus de maritiem ingenieur.