Transcript van schoorsteen tot mast

zeilvracht (2/2)
van schoorsteen tot mast
achtergrond
“Het momentum voor de introductie van radicale technologieën in de internationale handelsvaart is enorm toegenomen de afgelopen jaren”, zegt een oud Maersk-medewerker tijdens het Natural Propulsion Seminar georganiseerd
door MARIN. Hoge brandstofprijzen, lage vrachtprijzen,
alsmaar strengere milieureguleringen en maatschappelijke
kritiek op de vervuiling zetten de markt onder druk om te
innoveren; ook als dat de ‘terugkomst’ of een nieuw tijdperk van zeilvaart betekent. In Zeilen 4/2014 zetten we de
voorwaarden voor deze verandering in de handelsvaart
uiteen. Hier gaan we verder met spraakmakende projecten
die deze verandering kunnen helpen bewerkstelligen.
de terugkeer van zeilvracht
The Atlantic Clipper en
Shin-Aitoku Maru
Vindskip
De I nternationale M aritieme Organisatie (IMO) heeft zich
tot doel gesteld de uitstoot van broeikasgassen door de
internationale scheepvaart omlaag te brengen . O m dit te
realiseren lijkt er maar één oplossing voorhanden : de intro ductie van zeilen . Waar wachten we nog op? Voorbeelden van
bewezen en conceptuele zeiltechnieken voor de handelsvaart.
Tekst Willem Plet
84
mei 2014 www.zeilen.nl
De Noorse ingenieur Terje Lade ontwierp
een 5000 DWT vrachtschip Vindskip dat
alle kritiek op de bewerkelijkheid van
zeiltechnologie overboord werpt. De romp
is één grote varende vleugel. Door de liftwerking daarvan moet Vindskip tot zestig
procent aan brandstofkosten besparen.
Vooral op aandewindse koersen moet de
romp rendement gaan opleveren. Lade wil
dit jaar een schaalversie van 1:100 testen
in de windtunnels van de Cranfield University in Engeland. Volgens zijn eerste
berekeningen zou de varende vleugel
meer dan de helft van de tijd een positieve kracht vooruit genereren. In combinatie met LNG-voortstuwing en de daaruit
voortkomende schijnbare wind loopt dit
percentage verder op. Het ontwerp is
voorzien van een cruisecontrolsysteem,
waarbij de spoed van de schroef en het
toerental van de motor worden aangepast
aan de voorwaartse kracht door de wind.
Ook het onderwaterchip wordt getoetst,
tijdens sleeptanktesten. “We verwachten
dat we in 2015 kunnen beginnen met het
gedetailleerde ingenieursplan, zodat het
eerste schip in 2017-2018 kan worden
gebouwd”, aldus Lade. Het zal intelligent
gebruik maken van weerssystemen om de
snelste of meest economische route te
kiezen. De eerste versie is een roro-schip
voor het vervoer van 6500 auto’s. Het
project wordt
gesponsord
door het
Noorse innovatiefonds en
twee particuliere investeerders.
Tijdens de oliecrises in de jaren
zeventig ontwikkelde het Japanse
bedrijf Jamda een tuigage voor
Shin-Aitoku Maru en later een aantal andere bestaande vrachtschepen. De tuigage bestond uit twee
rigide zeilen van staal en aluminium als aanvulling op de hoofdmotor om brandstof te besparen. De
tuigages stonden op een handjevol coasters, maar werden
er met de dalende olieprijzen ook even snel weer vanaf
gehaald, omdat het te veel extra operationele kosten met
zich meebracht. Een aantal jaren later lanceerde de Brit Jeff
Allen succesvol Atlantic Clipper. Dit handelsscheepje van
400 DWT voer een paar jaar lang tussen Engeland en het
Caribisch gebied met goederen als motoren, bouwmaterialen, landbouwmachines, huishoudelijke apparaten en
drank. De tweemaster voer met een grootzeil, een wish­
bone en een aantal kluivers gemiddeld 8,5 knopen. Allen
was ervan overtuigd dat zeiltechnologie een belangrijke rol
zou gaan spelen in de handel voor kleinere markten die
wel met regelmaat aanvoer nodig hebben, maar geen aansluiting hebben met wereldhavens. Toch moest hij het
schip verkopen, omdat hij geen opvolger voor z’n handel
kon vinden. Op dit moment zeilt Atlantic Clipper als charterschip in Australië.
Greenheart-Project
Het Greenheart-project startte in 2009 in Japan met de ontwikkeling van een klein vrachtschip (50 DWT, 3 TEU) dat
geschikt zou moeten zijn om in kleine havens en op stranden te kunnen laden en lossen. Het doel van het project is
om met het gebruik van bewezen technieken een schoon,
goedkoop (500.000 dollar), en toch doeltreffend schip te
ontwerpen voor gemarginaliseerde markten in ontwikkelingslanden zonder het gebruik van havenkranen en fossiele brandstoffen. Een hoofdmotor ontbreekt dan ook en de
mast doet tevens dienst als hijskraan. Het bijzondere aan
Greenheart is dat het een opensourceproject betreft dat
slechts in een paar jaar tijd door middel van crowd sourcing
en crowd funding op touw is gezet. “Dit betekent ook dat
het uiteindelijke ontwerp vrij beschikbaar is. Een rederij
www.zeilen.nl mei 2014
85
achtergrond
zeilvracht
Routering als speerpunt voor
zeilvracht
Ecoliner & B9
In de jaren zestig ontwierp ingenieur Wilhelm Prolls het
concept van de dynarig; een verbeterde versie van het
ouderwetse dwarstuig. Hij geloofde dat het als hulpmiddel
voor vrachtschepen zou kunnen fungeren, maar beschikte
Nordlys IV.
86
mei 2014 www.zeilen.nl
Sv Tres
Hombres en
Nordlys IV
De motorloze Schoenerbrik sv Tres Hombres
werd in 2009 door rederij
Fair Transport in gebruik
genomen om de zeilende
handelsvaart nieuw leven
in te blazen. Niet om te
concurreren in de huidige
markt, maar om te laten
zien dat het mogelijk is
om vracht op een werkelijk duurzame manier te
vervoeren. De eerste reis
ging dan ook naar de klimaattop in Kopenhagen.
Het schip heeft een laadruim van zo’n vijftig ton
en vaart voornamelijk tussen Nederland en het Caribisch gebied met goederen als rum, rum melasse,
cacao en chocolade. In
2014 restaureert de rederij een tweede vrachtschip. De kitsgetuigde
kotter Nordlys zal worden
ingezet voor kustvaart
binnen Europa voor
vracht van onder andere
stokvis, olijfolie, ale-bier
en wijn. Met deze twee
schepen opereert de rederij dus tussen de symboliek van het laten zien
dat zeilende handelsvaart
mogelijk is en het bedienen van allerlei nichemarkten met een relatief
klein handelsvolume.
De flettner rotoren van E-Ship I.
niet over de juiste materialen om het idee op grote schaal
uit te werken. Geïnspireerd door Maltese Falcon, een driemast superjacht met dynarig en mede ontworpen door
Dykstra Naval Architects, lopen er nu twee projecten met
het concept om een vrachtschip met een vergelijkbare tuigage te bouwen. Het Ecoliner-project doet dit in Nederland
en het B9 Shipping-project in Engeland. Beide projecten
focussen op de markt voor (kust)vrachtschepen tot 10.000
DWT. Het ontwerp van de 8000DWT Ecoliner werd in 2009
door rederij Fair Transport Shipping aangevraagd op basis
van no cure no pay en ligt sindsdien bij Dykstra Naval
Architects op de tekentafels. B9 shipping heeft Humphreys
Yacht Design in de arm genomen voor het ontwerp van
een 7000 DWT hybride vrachtschip waarvan de motor
draait op biogas, gemaakt uit voedselresten.
Vooral het ontwerp van Ecoliner lijkt ver gevorderd. “Van
de tuigage weten we al dat het werkt, en het ontwerp van
de romp hebben we de afgelopen jaren verder geoptimaliseerd. Als morgen iemand met een zak geld bij ons op de
stoep staat kunnen we zo beginnen met de bouw”, aldus
Gerard Dijkstra. De gerenommeerde ontwerper geeft aan
dat er op dit moment zelfs gesprekken lopen met een geïnteresseerde partij die een expeditieversie van Ecoliner wil
bestellen en de financiering daarvoor bijna rond heeft.
“We hopen daar snel meer nieuws over naar buiten te kunnen brengen.”
E-ship 1 & Wind Hybrid Coaster
In 2009 liep in Kiel E-Ship 1 van stapel. Het windenergiebedrijf Enercon liet het schip bouwen voor de bevoorrading van en windmolenonderdelen voor windparken op
zee. In 2010 maakte het bijzondere 12800 DWT vrachtschip
de eerste reis van Emden naar de Casteldockrell Windfarm. In drie jaar tijd werden er 170.000 zeemijlen afgelegd
met brandstofbesparingen van 15 tot 25 procent. Aan
boord staan vier 25 meter hoge Flettner-rotoren die de
dieselelektrische aandrijving bijstaan met behulp van het
Magnus-effect. Door het mechanische ronddraaien van de
rotoren ontstaat een over- en onderdruksituatie rondom,
waarbij een resulterende kracht perpendiculair op de
windkracht ontstaat. Door de hoge liftcoëfficiënt van Flett-
De motoren van B9 draaien op biogas.
Kosten (€/Nm 1.000 ton DWT)
ter plaatse bepaalt zelf hoe ze het schip wil: alleen het ontwerp, kant-en-klaar of als bouwpakket. De laatste omvat
tien containers met onderdelen en kan ter plekke in elkaar
worden gelast”, aldus ingenieur Gert Schouwstra, vrijwilliger bij het project. Het eerste exemplaar wordt nu aan de
classificatie-eisen van Germanischer Lloyd onderworpen,
waarna het in Chittagang, Bangladesh zal worden
gebouwd.
Commercieel directeur Gavin Allwright: “We hebben nu al
twee gegadigden voor het eerste exemplaar. Aanvankelijk
zal het eerste schip worden ingezet rondom Kiribati, een
koraaleiland in de Stille Oceaan. Vooral in deze afgelegen
gebieden is brandstof extreem duur en schaars, waardoor
zeilvracht een commercieel aantrekkelijk alternatief voor
gemotoriseerde vrachtvaart is.” Als dit succesvol blijkt, wil
het project meer Greenhearts gaan bouwen, bijvoorbeeld
om als feeder te fungeren; een schip dat containers in kleine havens ophaalt om door te zetten naar grotere containerschepen. Eind maart ontving het project een eervolle
vermelding van het Koninklijk Instituut van Ingenieurs
‘(…) voor de meest vernuftige technologie op het gebied
van ontwikkelingssamenwerking’.
Testopstelling UT Wind Challenger.
Aquarius MRE System & UT Wind challenger
Het Japanse bedrijf Eco Marine Power
Co. Ltd. ontwikkelde in 2011 het Marine
Renewable Energy System (MRE). Met
het idee om zogenoemde Solar Sails aan
boord van bestaande vrachtschepen te
plaatsen kwam ze op een aantal internationale prijzen te staan. Het systeem
integreert relatief lage rigide zeilen met
daarop zonnepanelen. De zeilen leveren
voortstuwing en trimmen automatisch
voor de optimale stuwing, terwijl de
zonnepanelen batterijen opladen, ook
wanneer de zeilen buiten bedrijf zijn.
Het bedrijf zweert bij de goedkope en
gemakkelijke installatie aan boord en
wijst op de voordelen van het systeem.
Zo kan het telescopisch worden gemaakt,
zodat het systeem bij het laden en lossen in de haven onderdeks kan verdwijnen. Op een conceptschip Aquarius
Eco Ship tekenden
ze voldoende Solar
Sails om 1 MW
vermogen te leveren. Dit zou toereikend moeten zijn
om het schip in
beschermde gebieden en havens te laten
manoeuvreren op elektromotoren.
Parallel daaraan ontwikkelt de Universiteit van Tokyo UT Wind Challenger. Dit
concept vrachtschip integreert een dynarig met telescopische masten, zodat het
vrachtschip tijdens havenbezoeken geen
last ondervindt van obstakels als bruggen en havenkranen. Het schip is ontworpen voor een capaciteit van 84000
DWT met een zeiloppervlak van 9000
vierkante meter. Op dit moment opereert
een team van de universiteit een testopstelling op land van twintig meter hoog
en acht meter breed (schaal 1:2,5).
Zowel Aquarius Eco Ship als UT Wind
Challenger staan nog in de kinderschoenen wat betreft het ontwerp en de praktische uitwerking ervan. Beide spelen
echter in op de kritiek dat de tuigages van zeilende
vrachtschepen niet
in havengebieden
kunnen komen vanwege infrastructuur
zoals kranen en
bruggen.
frequentie
Greenheart.
De berekening van de optimakeuze van de bevrachter. Hij
le rompvorm voor het gekois immers degene die bepaalt
zen vaarwater en tuigage en
of er duur en snel of duurbrandstofkostenbesparing op
zaam en iets langzamer
de beoogde trajecten is cruwordt gevaren.
ciaal voor de acceptatie en
Op dit moment test een
ontwikkeling van zeiltechnomedewerker van Dykstra
logie. Gerard Dijkstra: “Dit is
Naval Architects de routegerelateerd aan het econoringssoftware aan boord van
misch model dat onmiddellijk
het Greenpeace-zeilschip
het verband moet laten zien
Rainbow Warrior, op een
van het verminderde brandoversteek van Mexico naar
stofgebruik gerelateerd aan
Europa.
de verhoogde investering en/
Kosten per gevaren Ton Mijl
of de verhoogde operationele
7
kosten van bijvoorbeeld een
6
Ecoliner.” Dykstra Naval
5
Architects heeft voor Ecoliner
4
een softwareprogramma
3
geschreven, dat met gebruik
2
van dertig jaar weerdata
1
0
heeft bijgedragen aan een
9.0
10.0
11.0
12.0
13.0
Snelheid (knopen)
geoptimaliseerde rompvorm.
Totale kosten Motorschip
Totale kosten Ecoliner
Tevens is er een aantal optiOperationele/
Operationele/
materiaalkosten Motorschip
materiaalkosten Ecoliner
male routes berekend voor
Brandstofkosten Motorschip
Brandstofkosten Ecoliner
bijvoorbeeld een Atlantische oversteek. Zo kan het
gemiddelde brandstofverMotorstanden Ecoliner Atlantische Oversteek
bruik in verschillende sce14
nario’s worden berekend.
12
Er kan bijvoorbeeld hon10
8
derd procent van de tijd
6
worden gezeild. Of zo snel
4
mogelijk worden gevaren,
2
waardoor het percentage
0
zeiltijd drastisch vermin0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
motorvermogen
dert. Alles hangt af van de
Er zijn optimale routes voor
Atlantische oversteken
ner-rotoren is er relatief weinig zeiloppervlak nodig ten
opzichte van een voortstuwing met conventionele tuigages. De verhouding is één op tien. Weinig helling, het grote
liftcoëfficiënt en gebruiksvriendelijkheid maken dat dit
zeil vaak wordt gezien als een goede technologie voor de
kustvaart.
Voortbordurend op het Enercon-project begon in 2011 een
groep van vijftien Duits-Nederlandse bedrijven en onderzoeksinstituten aan het initiatief MariTIM voor de ontwikkeling van een soortgelijk multipurpose-schip van 4000
DWT met twee rotoren voor de inzet in het Noordzee-
www.zeilen.nl mei 2014
87
achtergrond
zeilvracht
Veel ontwikkelingen
vinden plaats achter
gesloten deuren
gebied. Het project wordt mede gesponsord door de Europese Unie (budget: 9 miljoen euro). Dit najaar zullen de
eerste Flettner-rotoren worden getest op land, waarna het
op een testschip en uiteindelijk nieuw te bouwen Wind
Hybrid Coaster commercieel zal worden toegepast.
Seagate Delta Wing Sail
Het Seaget Delta Wing Sail.
De firma Seagate ontwikkelt het Seagate Delta Wing Sail,
een opvouwbaar vleugelzeil dat kan worden toegepast op
zowel recreatie- als op vrachtschepen. De speerpunten
van het ontwerp zijn de relatieve hoge liftcoëfficiënt van
het deltazeil, de geringe eisen die het aan de romp stelt –
het kan op bestaande schepen worden geïnstalleerd – de
voordelen van het opvouwen van de tuigage, de relatief
kleine ruimte die aan dek nodig is en de automatisering
van de zeilen. Als een soort waaier, met een hoek van 55
graden, kunnen de zeilen worden gezet en weer ingeklapt
en opgeborgen. Het systeem is vooral geschikt voor bovenwindse koersen en lijkt daarmee in te spelen op de hoge
snelheden van vrachtschepen waarbij de schijnbare wind
meestal voorlijk is.
Volgens Gerard Dijkstra is de studie naar de wisselwerking
tussen het tuig en de scheepsromp/deklading vooral bij dit
soort lage, dicht op het dek staande tuigages van cruciaal
belang om het gewenste effect te verkrijgen. Het bedrijf
werkt samen met grote motorfabrikanten om een cruisecontrolsysteem te ontwikkelen om zo het samenspel van
motor en zeilen – het hybride varen – soepel te laten verlopen. Deze zomer wordt in samenwerking met de Universiteit van Southampton een schaalmodel van 1:5 getest.
Doorbraak of niet…
Er zijn te veel zeilconcepten om er uitgebreid op in te kunnen gaan. Mede omdat sommige ideeën al jarenlang in
conceptfase verkeren en er eigenlijk geen ontwikkeling
meer plaatsvindt, dan wel achter gesloten deuren. De
vraag die daarbij moet worden gesteld is of het idee überhaupt wel levensvatbaar is en wat de technische en commerciële voor- en nadelen zijn. Wie gaat er in investeren en
voor welk soort vracht en welke vaargebieden of windrichtingen is het geschikt? Welk aandeel heeft de techniek in
de voortstuwing? Wordt het een motorzeiler of echt een
zeilschip? Kan het op een huidig bestaand schip worden
geïnstalleerd of moet het rompontwerp worden aangepast?
Hoe praktisch is de techniek in havens en eist het veel zeilervaring van de bestaande bemanning? Zo is er jarenlang
getest met grote vliegers voor op vrachtschepen, maar dit
bleek – afgezien van de relatief lage materiaal- en ontwikkelingskosten – nog geen succes. Gevaarlijke lanceringsmomenten, snel slijtende materialen, crashende vliegers
en problemen met luchtvaartregels waren daar de oorzaak
van.
Initiatieven als het Greenheart-project en de activiteiten
van rederij Fair Transport bedienen met hun relatief kleine
capaciteit en conventionele tuigages een zeer specifieke
markt, waarin er een iets laagdrempeliger business case
ligt en juist het zeilen – ook marketingtechnisch – wordt
gewaardeerd. Veel andere concepten, zoals Ecoliner of
Wind Hybrid Coaster die wel met ‘de grote jongens’ mee
willen dingen naar vracht, hebben een veel moeilijker
traject af te leggen voor realisatie. Om de investeringen
daarvoor rond te krijgen en de marktspelers te overtuigen,
moeten de vooruitstrevende technologieën worden onderworpen aan operationele en kapitaalkostenanalyses, toetsing van de marketingwaarde, terugverdientijdmodellen et
cetera. Als de kosten per gevaren ton mijl uiteindelijk lager
uitvallen en de terugverdientijd kort genoeg is, zullen de
meest haalbare technieken worden omarmd. Alle beschreven projecten – in de beginfase of vergevorderd en met
tien procent dan wel zestig procent geclaimde brandstofbesparing – hebben op dit moment hun bestaansrecht in
hun eigen nichemarkt. De komende jaren zullen we zien
welke daarvan ook echt doorbreken. Op dit moment lijkt
het meeste vertrouwen in de ontwikkeling van de Flettnerrotoren en de Dynarigs te zijn. Er varen er immers al twee
schepen van rond – Maltese Falcon en E-ship1 – en de eerste opvolgers staan bijna op stapel.
•
88
mei 2014 www.zeilen.nl