Techniek&innovatie
Het 8500 DWT schip Vectis Falcon heeft een opvallende Groot Cross-Bow. Foto: Flying Focus

Optimalisatie en comfort sleutelwoorden in het ontwerp van de toekomst


Back to the future

Branche: Scheepsbouw, Zeevaart | Auteur: Paul Steenhoff | Publicatiedatum:

Wat de toekomst brengt, weet niemand. We kunnen wél onze ideeën uitspreken. Dat is precies wat Groot Ship Design uit Leek en Conoship uit Groningen doen, als we hen vragen het vrachtschip van de toekomst voor ons te tekenen. Maar naarmate we ons in de materie verdiepen, blijkt het steeds moeilijker tot een optimaal ontwerp te komen.

In de hoop zo veel mogelijk aan de weet te komen over het vrachtschip van morgen, maken we indachtig ‘Back to the future’ een ‘tijdreis’ naar het noorden van Nederland om daar twee ontwerpbedrijven van het Noord-Nederlandse maritieme cluster aan het woord te laten. De provincies Groningen, Friesland en Drenthe huisvesten immers 112 maritieme bedrijven en vormen daarmee een belangrijke economische kracht en kennisbron in dit gedeelte van ons land. Het cluster heeft een totale jaaromzet van 1,3 miljard euro en levert werkgelegenheid voor ongeveer 4.300 personen. Het is wijsheid die terug te vinden is in het rapport ‘Geen Zee te Hoog; Perspectieven voor het Noord-Nederlandse maritieme cluster’ uit 2013. Ook Guus van der Bles, Manager Development van Conoship International BV en voormalig assistent-professor aan de TU Delft, heeft aan dit onderzoek bijgedragen. Van der Bles is aan tafel geschoven met collega Jan Jaap Nieuwenhuis, Manager Design Department, om antwoord te geven op mijn vragen rondom het vrachtschip van de toekomst.

‘Om autonoom te kunnen varen, zal de betrouwbaarheid van de motoren verhoogd moeten worden’

Onbemand varen

Wie toekomst zegt, denkt aan zelfvarende vrachtschepen. Gezien de ontwikkelingen in de automotive industrie en de snelle groei van intuïtieve computers met neurale netwerken en zelflerende systemen, is het zelfvarende schip waarschijnlijk dichterbij dan wij nu kunnen bevroeden. Jan Jaap Nieuwenhuis verwacht dat de invoering geleidelijk zal gaan. “Het gaat natuurlijk om de verlaging van de Operating Expenditures (OPEX) en het verminderen van menselijke fouten. Er zal eerst een tussenstap worden gemaakt met laagbemand varen. Op deze onderzoeksvraag hebben wij al onderzoek gedaan en technisch gezien is het nu mogelijk en veilig. Kijk maar naar de onbemande machinekamer met walmonitoring, iets wat al in de praktijk wordt uitgevoerd. Varen zonder machinist is toegestaan op schepen met een geïnstalleerd vermogen onder de wettelijk vastgestelde 750 kW.”

Toepassing van de ConoDuctTail in de Lady Anna leidt tot een sterke verlaging van emissies. Foto: Flying FocusVan der Bles: “Belangrijk obstakel kon wel eens de jurisdictie buiten de territoriale wateren worden. Moet de IMO wetgeving gaan regelen voor midden op zee? Laten we het zo samenvatten: we verwachten toch wel dat binnen tien jaar de eerste onbemande schepen varen.”

Winst verdampen

Eenmaal aangeschoven bij Groot Ship Design in Leek, stellen we dezelfde vraag, ditmaal aan Managing Director Jan Willem Cuperus en Bart Groot, eigenaar. “Binnen nu en vijftien jaar zal het zo ver zijn”, voorspelt Cuperus. Ondanks dat de heren wat betreft tijdsvoorspelling elkaar niet veel ontlopen, ziet Groot meer beren op de weg dan Conoship. “De betrouwbaarheid van de motoren zal verhoogd moeten worden. Wat als je storing krijgt die op afstand niet te verhelpen is? Een hulpschip zenden zal je winst laten verdampen. Meer dan dat zelfs. Verder zit je met het dagelijkse onderhoud van het schip dat nu door de bemanning wordt uitgevoerd tijdens het varen. Er zal dus een onderhoudsteam moeten komen, en ook in de havens zul je teams moeten hebben die assisteren met aanmeren, laden en lossen.”

Jan Jaap Nieuwenhuis (links) en Guus van der BlesGroot laat zien dat classificatiebureau DNV-GL conceptplannen heeft voor een klein zelfvarend containerschip (100 TEU) dat volledig elektrisch vaart. “Het project heet ReVolt en is in principe al uitvoerbaar mits we de regelgeving gaan aanpassen”, zegt hij. Groot voorspelt dat wat betreft het autonoom varen de dagvaart het spits zal afbijten, dan de long distance, waarschijnlijk gevolgd door shortsea shipping waar hij gezien de wetgeving en de drukte op de vaarroutes de meeste obstakels verwacht.

Fossiele brandstoffen

Spreken we over vrachtvaart en toekomst, dan prijkt het probleem met de fossiele brandstoffen boven aan de agenda, iets waarmee naval architects worden geconfronteerd in alle stappen van het ontwerp. Na de SECA’s zullen in onze contreien ook de NECA’s worden ingevoerd wat het varen op HFO vrijwel onmogelijk maakt. De reders die bediend worden door Groot Ship Design en Conoship zien dit probleem natuurlijk ook, en komen vaker met de vraag hoe dit probleem voor de komende generatie schepen op te lossen. “Steeds meer reders vragen aan ons naar de mogelijkheden van bijvoorbeeld LNG”, zegt Van der Bles.

‘Leg de verantwoordelijkheid voor de emissies niet bij de reder, maar bij de raffinaderijen’

Met LNG wordt in dit geval gedoeld op dual-fuel motoren die ook op alleen MDO kunnen varen, mocht er geen LNG voor handen zijn of een storing in de LNG-straat zijn. Van der Bles: “Nu de brandstofprijzen laag zijn, is MDO vaak een goede optie maar voor de toekomst zetten veel reders toch in op LNG. We zijn ook onderdeel van het Nationaal LNG Platform om bij te dragen aan de kennis en zelf ook bij te blijven als het gaat om de laatste ontwikkelingen. We zien het in ieder geval wel als een oplossing voor vrijwel alle schadelijke emissies, waarbij het belang van de verminderde koolstofdioxide-uitstoot sinds de akkoorden van Parijs is toegenomen en we denken dan ook dat LNG in shortsea shipping een grote rol gaat spelen.”

Bart Groot (links) en Jan Willem Cuperus.Bij Groot Ship Design wordt LNG weliswaar een warm hart toegedragen, maar wordt het niet gezien als dé oplossing voor het emissieprobleem. “Nee, varen op LNG betekent dat je laadruimte en deadweight moet inleveren vanwege de extra tanks”, zegt Cuperus. “Dat wil je niet in onze branche. Vaar je op HFO dan kun je een scrubber toepassen die ook in retrofit toepasbaar is. Maar het zijn grote investeringen en ik vind dat welke oplossing je ook aandraagt, je aan de verkeerde kant van de olieleiding kijkt. Daarmee bedoel ik dat we de verantwoordelijkheid voor de emissies niet bij de reder moeten leggen, maar bij de raffinaderijen. Die moeten zorgen voor laagzwavelige brandstof. Nu wordt het omgedraaid en moeten de reders het gelag betalen. Aan wal heb je de ruimte om het raffinageproces te verfijnen en is het goedkoper. Daarmee leg je de verantwoordelijkheid voor de brandstoffen daar waar die hoort, in plaats van de bagger uit het raffinageproces te verkopen als brandstof en de emissies tot het probleem van de reder te maken. Wij hopen en verwachten dat dit ook gaat gebeuren, maar er zullen zeker situaties zijn waarbij varen op LNG een goed alternatief zal zijn.”

Rompoptimalisatie

Naval architects maken het verschil onder water. Want naast de discussie over het type brandstof, is natuurlijk juist de rompvorm onderdeel van hun core business. De snelle groei van ICT heeft het mogelijk gemaakt dat onder andere door Computer Fluid Dynamics (CFD) veel meer onderzoek naar rompoptimalisatie vanachter het bureau gedaan kan worden, in plaats van dure testen uit te voeren met modellen in sleeptanks.

DNV GL is begonnen met het testen van de ReVolt, een onbemande coaster.Directe resultante is de ConoDuctTail zoals die is toegepast op acht shortsea ships voor rederij Wijnne Barends uit Delfzijl, een gezamenlijk project van Groot Ship Design en Conoship. Van der Bles: “We zijn ervan overtuigd dat de meeste winst in het achterschip onder water behaald kan worden als we kijken naar brandstofefficiency, iets dat ongeacht de brandstofprijs altijd belangrijk zal blijven. Bij ons ligt de focus op ‘eCONOlogie’, de combinatie van eCONOmie en eCOlogie: minder brandstofverbruik betekent niet alleen een lagere prijs per ton vracht, maar het betekent ook minder emissies, een lagere motorbelasting waardoor je met minder vermogen hetzelfde werk kunt doen. Als we het over de toekomst hebben, zien wij onze ConoDuctTail als een toekomstbestendige innovatie.”

Het ontwerp is het gevolg van het integraal optimaliseren van het stroomprofiel van het achterschip, de straalbuis, het zogenoemde volgstroomveld - ook wel ‘wake field’ genoemd, het vlak waarin de schroef draait - en de schroef zelf die groter kan worden. Conoship heeft het geheel van verbeteringen ConoDuctTail genoemd. Naar eigen zeggen worden bij snelheden rond de 10 knopen in de praktijk brandstofverbruiken gemeld die 20 tot 50 procent lager liggen dan die van conventionele schepen van dezelfde grootte die ooit ontworpen waren voor snelheden rond de 12 knopen.

Aerodynamica

Artist impression van het aerodynamische vrachtschip van de toekomst van Groot Ship Design.Als we bij Groot Ship Design vragen naar hun pièce de résistance als het gaat om het vrachtschip van de toekomst, wordt er een studiemodel gepresenteerd. Geen gekunsteld futuristisch model, maar een vrachtschip waarin de aerodynamica van het bovenwaterschip, na rompoptimalisatie, de belangrijkste rol speelt. We zien dat de brug niet meer hoekig is maar rond, en dat ook boeg en zijkant rond gevormd zijn. Zelfs de kranen aan dek gaan mee in dit aerodynamische ontwerp. “Bij een bulkcarrier maakt de luchtweerstand vijf tot acht procent uit van de totale weerstand”, zegt Cuperus. “Door deze aanpassingen weten we een extra besparing van twee tot drie procent te realiseren. Als je zoals wij niet in liters brandstof denkt, maar in tonnen, snap je dat zelfs de kleinste cijfers grote consequenties hebben.”

Comfort in zeegang

Bij het bespreken van de toekomst van het vrachtschip, zit je vast aan het nu, aangezien de toekomst een evolutie van het nu zal zijn. Naast brandstofbesparing speelt ook het gedrag in zeegang een steeds grotere rol. Bij Conoship passeert daarom ook de ‘Polaris’ de revue, een special van de Groningse tekentafel, die dient als loodsboot bij de ingang van Maasvlakte II. Het is een zogeheten stationsvaartuig of Pilot Station Vessel (PSV), waarop loodsen wachten en rusten tot schepen aanlopen.

“Comfort in zeegang is hier van het allergrootste belang”, zegt Van der Bles, “waarbij het schip vrijwel stilligt en loodsen ook in zware zeegang vanaf het schip in kleine loodstenders naar de in- en uitvarende schepen moeten kunnen komen. Het schip is dan ook specifiek ontworpen voor de golfcondities in dit gebied waarmee we onder andere kijken naar golfperiode en golfhoogte. Stel dat we een PSV moeten ontwerpen voor Zuid-Afrika, dan heb je grote kans dat we daar met een ander ontwerp komen. Het geeft aan dat we onze ontwerpen specifiek optimaliseren voor het vaargebied en de operationele toepassing. Ook bij het spreken over hét vrachtschip van de toekomst, denken we niet eenvoudig tot een eenduidig model te gaan komen. Je zult in dat opzicht altijd spreken over enkele generieke kenmerken, met daarnaast specifieke kenmerken waarmee een schip zich onderscheidt, en mogelijk zelfs een eigen nichemarkt kan creëren. Daarbij geldt dat je voor een shortsea ship, dat vaak specifieke sluizen of kanalen moet kunnen passeren, vaak weer specifieker kunt zijn in het ontwerp, dan voor een trans-Atlantisch schip waarbij je verschillende klimaten in één reis kunt aandoen. Volg je me nog?”

Meer over de ReVolt:

Onderwerpen
Deel deze pagina
De handtekening van de naval architect

Zoals Rembrandt zichzelf tachtig keer in zijn vele werken heeft geportretteerd, verwacht je ook van een naval architect een stijlkenmerk in zijn ontwerpen terug te vinden. Al is het maar een krabbeltje op de boeg. Maar die gedachte blijkt te romantisch. “Als stijlkenmerk kun je natuurlijk onze Groot Cross-Bow met terugvallende bak noteren, maar dat idee is geboren uit functionaliteit”, zegt Groot. Functionaliteit prevaleert en voor de naval architect heeft de reder de grootste stem in het kapittel als gaat om het combineren van design met functionaliteit. “Esthetiek moet functioneel zijn”, zegt Van der Bles. “In ons vak is er geen ruimte om je handtekening achter te laten. Wil je dat toch zien, dan zul je in de meeste gevallen onder water moeten kijken. In ons geval kun je ons dan herkennen aan de ConoDuctTail.”

Probeer TW

Geïnteresseerd in techniek? Kies dan voor Technisch Weekblad (TW)

TW biedt technici het laatste nieuws, achtergronden en opinie op het gebied van techniek en innovatie. TW lees je in print en altijd en overal online op je pc, tablet of smartphone. Voor studenten en starters onder de 35 jaar met een technische opleiding, is TW helemaal gratis! 

Naar de website van TW voor het laatste nieuws

Meer informatie over een abonnement

Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland