'Zero emission shipping is binnen bereik' | Maritiem Nederland
Achtergrond
Visser: 'Een stille installatie zonder roterende componenten zou op zich al een revolutie in de machinekamer zijn.'

Klaas Visser (TU Delft) zet veelbelovende onderzoeksprojecten op een rij


'Zero emission shipping is binnen bereik'



Lennart Kik | dinsdag 18 februari 2020

Na een loopbaan van 37 jaar bij de Koninklijke Marine begon Klaas Visser in 2013 aan een tweede carrière als universitair docent aan de TU Delft. Naast onderwijs aan bachelor- en master-studenten Maritieme Techniek houdt hij zich daar bezig met onderzoek naar alternatieve brandstoffen om (uiteindelijk) tot de eliminatie van emissies te komen. Tijdens het recente TKI event ‘Maritime with a Mission’ op de SS Rotterdam gaf Visser een overzicht van deze projecten. “Zero emission shipping is binnen handbereik”, was zijn opvallend optimistische conclusie. “Ook bestaande binnenvaartschepen kunnen we op korte termijn – ik verwacht zelfs vóór 2030 – emissieloos maken.”

Sinds de IMO in april 2018 instemde met de halvering van de totale CO2-uitstoot van de zeevaart in 2050 (ten opzichte van 2008) en volledig klimaatneutraal varen in de jaren daarna, is er een grote vraag naar duurzame technieken en alternatieve brandstoffen. Niet in elk segment van de maritieme sector is de urgentie even groot. Volgens Visser staat de binnenvaart wat dit betreft met stip op één. “De druk van de Europese regelgeving op de binnenvaart neemt toe. Dat leidt tot continuïteitszorgen bij eigenaars van schepen. Het gaat hierbij niet alleen om emissies, maar ook om een combinatie met geluidsregelgeving. De gedateerde voortstuwing aan boord van oudere binnenvaartschepen heeft ook weer repercussies voor de geluidsproductie. Om een hele andere reden zie je ook early adopters in de superjachtbouw. De eigenaars van deze jachten kunnen zich permitteren om tot andere voortstuwing over te gaan en willen daar vaak ook goede sier mee maken.”

'Ook bestaande binnenvaartschepen kunnen we op korte termijn – ik verwacht zelfs vóór 2030 – emissieloos maken'

“Een derde categorie waar veel behoefte is aan meer duurzaamheid en alternatieve brandstoffen is dredging. Baggerschepen opereren vaak in coastal waters. Met name aanbestedingsregels – die de geluidsoverlast en CO2-uitstoot aan banden leggen – spelen daar een rol. Een vergelijkbaar motief zie je bij de ferries. In segmenten als short sea en deep sea shipping is wel veel belangstelling, maar ze voelen nog niet de druk van regelgeving.”

“Naast de regelgeving spelen incentives een rol. Als een verlader beslist om de prijs van hardloop schoenen met 20 cent te verhogen, zou je gezien de enorme volumes die worden verscheept al een heel andere brandstof kunnen voeren.”

– Uit het Green Maritime Methanol-project blijkt dat groene methanol een snelle eerste stap zou kunnen zijn om een schone brandstof in te voeren.

Visser: “In dit project – dat we uitvoeren in samenwerking met TNO en de Nederlandse Defensie Academie – kijken we welke alternatieve brandstof de beste papieren heeft om toe te passen in een verbrandingsmotor. We zijn begonnen met methanol. Deze brandstof is makkelijk op te schalen en bij kamertemperatuur op te slaan. Er blijven wel aandachtspunten: het verbrandingsgedrag is niet optimaal in de motor, de verdampingstijd is veel hoger en de energiedichtheid is een stuk lager dan van diesel. Methanol is hartstikke toxisch en zeer corrosief. Er komt dus heel wat bij kijken. Ik zet mijn kaarten niet zozeer op methanol, dit project is vooral als een aanzet om kennis te verzamelen over andere alternatieve brandstoffen zoals ammonia, waterstof en LNG. Met de maritieme stakeholders onderzoeken we de toepassing van deze brandstoffen in een motor. Wat zijn de emissiegevolgen en hoe verhoudt de verbranding zich tot die van diesel?”

– Een tweede project dat op korte termijn toepasbaar kan zijn is het GasDrive-concept, een combinatie van een Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) en een verbrandingsmotor.

“Voor dit concept, dat in Delft is bedacht, is veel belangstelling vanuit de industrie. De aanname – die bewezen moet worden – is dat een SOFC en een motor die je combineert met dezelfde brandstof, een hoger systeemrendement oplevert dan wanneer je de brandstof alleen voor een fuel cell of een dieselmotor gebruikt. Ten tweede kijken we wat er gebeurt als je niet verbrande waterstof uit een fuel cell gaat verbranden in een gasmotor die natuurlijk gas gebruikt. Het lijkt erop dat er in dat geval belangrijke stappen te maken zijn in emissiereductie en verhoging van het rendement van de motor. Dit onderzoek is vooral interessant, omdat deze configuratie al snel kan worden toegepast. Schepen die alleen op SOFC’s varen vergen een veel grotere investering.”

– De wind assisted technology – die elders in dit nummer wordt besproken – klinkt heel sympathiek, maar leidt op z’n best tot brandstofbesparing. Het brengt emissieloos varen niet dichterbij.

“Precies. Daar zit ook mijn zorg. Als je hulpwindvoortstuwing gaat toepassen, bestaat het risico dat je de keuze voor een radicale oplossing uitstelt. Je hebt dan immers toch al 10 of 15 procent besparing gerealiseerd door de toepassing van wind. De vraag is ook in welk operationeel profiel je deze oplossing kan gebruiken. Het waait niet altijd hard op de meeste routes. Het is inderdaad een sympathieke gedachte, maar het resterende deel van de opgave zullen we in de hoek van mechanische of elektrische voortstuwing moeten zoeken.”

– De opslag van waterstof in een metaalhydride, bijvoorbeeld natriumboorhydride, opent de weg om een brandstofcel te gebruiken. Wat maakt deze optie aantrekkelijk?

“Als je faciliteiten creëert om met brandstofcellen aan boord van schepen te gaan varen, komt er veel meer potentieel beschikbaar dan alleen een nulemissie. Je hebt geen uitstoot van NOx en SOx en geen fijnstof. Er zijn heel wat gebieden met een verstedelijkte haven die daar enorm blij mee zouden zijn. Daarnaast is er de geluidsreductie en een heel andere manier van onderhoud. Je hebt geen krukassen, drijfstangen en kleppen. Het enige wat je af en toe moet vervangen zijn de stacks. Een stille installatie zonder roterende componenten zou op zich al een revolutie in de machinekamer zijn. Ook het potentieel van de opslag is enorm, maar dat moet nog worden bewezen. Als je de keuze moet maken om waterstof als brandstof mee te nemen, dan is de opslag in de vorm van korrels vanuit een oogpunt van veiligheid superieur. Maar ook het verschil in energiedichtheid ten opzichte van gasvormige of vloeibare waterstof is enorm. Het concept is misschien te mooi om waar te zijn.”

“Er zijn nog wel een paar stevige uitdagingen. Je eindigt niet met een lege tank, maar met een bomvolle tank met spent fuel in de vorm van natriumbooroxide. De afvalstof is zwaarder dan de oorspronkelijke brandstof omdat de zuurstofatomen van het water hier in terecht zijn gekomen. Regeneratie aan boord lijkt niet mogelijk, zeker niet in de nabije toekomst. Dat is een van de angels van dit concept. Op dit moment is nog niet aangetoond dat de brandstof op een economisch rendabele manier kan worden geregenereerd. In onze visie is dit concept alleen toekomstvast als er een circulaire keten ontstaat. In het regenereren van de afvalstof naar boriumhydride gaat veel energie zitten. Dat dit energie kost is logisch, maar als je kijkt naar het rendement van omzetting staat klassiek natriumbooroxide er niet goed voor. Het kost heel veel moeite het zuurstofatoom eruit te slopen en er weer een waterstofatoom in te brengen.”

“Met de kennis van enkele jaren geleden was de boodschap: begin er maar niet aan. Vanuit een maritiem perspectief zijn de potentiële voordelen echter dermate groot dat dit op zich al een legitimatie is om anno 2020 wetenschappelijk onderzoek te doen naar methodes die beschikbaar zijn – of komen – om deze regeneratie uit te voeren. Samen met de Universiteit van Amsterdam en TNO houden we een aantal regeneratieprocessen ‘moleculair tegen het licht’. In Delft kijken we daarnaast op basis van procestechnologie of we tot concepten kunnen komen die economisch haalbaar zijn.”

'Een opstapje van H2Fuel naar een klein binnenvaartschip zou voor operators en verladers zeer interessant zijn'

Het in Voorschoten gevestigde bedrijf H2Fuel is patenthouder van het genereren van waterstof uit natriumboorhydride (zie kader). H2Fuel heeft een werkend prototype met een vermogen van 50 kW gebouwd. Op dit moment wordt een consortium gevormd dat moet helpen om het werk van H2Fuel op te schalen (niet alleen het vermogen maar ook de regeneratie van spent fuel die op kleine schaal mogelijk lijkt te zijn). “Er is nu een demonstrator in de vorm van een nieuw directievaartuig van Port of Amsterdam. Daarna willen we de uitkomsten van die pilot opschalen naar een paar honderd kW voor een retrofit van een klein binnenvaartschip. Kleine schepen worden bijna niet meer gebouwd, terwijl ze heel interessant blijven voor de kleinere vaarwegen in Zuid Nederland, België en de Seine tot aan Parijs. Een opstapje van H2Fuel naar een klein binnenvaartschip – en de mogelijkheid van een retrofit – zou voor operators en verladers een heel interessant perspectief zijn.”

Meer initiatieven

Zepp Solutions, een start-up van de TU Delft, is ook betrokken bij een aantal waterstof initiatieven. Dit jonge ingenieursbedrijf gaat onder meer de installatie leveren voor een nieuwe rondvaartboot voor rederij Zilvermeeuw die met brandstofcellen in de Biesbosch gaat varen. Voor de ‘Vera Cruz’, een bestaand binnenvaartschip met een duweenheid, gaat Zepp Solutions de waterstof in vloeibare vorm opslaan. Akzo-dochter Nouryon laat dan weer een schip bouwen dat zout gaat transporteren over de binnenwateren van Eemshaven naar Rotterdam. Naar verluidt krijgt dit schip brandstofcellen met gasvormige opslag. “Wetenschappelijk gezien zijn het interessante tijden”, zegt Visser. “Er komen testen met vloeibare en gasvormige waterstof ­– en wat ons betreft ook met korrelvormige waterstof. Zo kunnen we een vergelijking maken in termen van opslagvolume, veiligheid en autonomie.”

– Waarom is de Nederlandse maritieme sector volgens jou zo geschikt als voorloper?

“In de automotive sector zit je vast aan een productievolume van honderdduizenden auto’s. Het is de vraag of die sector een early adopter van nieuwe technieken zal worden. Het absorptievermogen in een markt met particulieren en een wijdverbreid netwerk van brandstofaanbieders is niet zo groot. Bij aerospace staat de veiligheid met stip op één. Meenemen van waterstof in de lucht, hoe veilig is dat? Ook bij railtransport spelen veiligheid en omgeving een rol. In de maritieme sector zie je bijna altijd kleine series, van twee of drie schepen en een enkele keer tien. Je kan vrij snel schakelen. Vaak is er sprake van wat grotere platforms, waar je meer flexibiliteit hebt om nieuwe technieken in op te slaan. En de operatie vindt plaats door professionals, het zijn allemaal gecertificeerde bemanningen. Met prima regels over navigatie en veiligheid. Dat zijn randvoorwaarden om nieuwe ontwikkelingen op te zetten, zeker als classificatiebureaus meedoen. Nederland ligt op een logistiek knooppunt in Europa en we blinken uit in de bouw van binnenvaartschepen, superjachten, ferries en dredgers. De operators voelen óf de hete adem van wet en regelgeving óf ze hebben opdrachtgevers die willen bewegen. Hierdoor ontstaat een creatieve mix van randvoorwaarden die ons in de gelegenheid stelt om mooie en spannende dingen te doen. Nu nog waarmaken natuurlijk. Maar als we dit niet doen, hebben we wel een opgelegde kans voorbij laten gaan.”

– Wanneer breekt het moment aan dat deze technieken gevaloriseerd kunnen worden?

“Dat kan al in 2021 of 2022. Er zijn nu al verschillende demonstrators. Het project in Amsterdam gaat gewoon gebeuren. Als universiteit – en daarmee als samenleving – staan we al te springen om dit snel te evalueren. Bijna zonder uitzondering zijn deze projecten onderdeel van een Europees of nationaal onderzoeksprogramma. Dan wordt ook verwacht dat je de demonstrator verifieert in een model om de economische levensvatbaarheid te testen en om aan te geven aan welke knoppen je moet draaien om over te gaan naar grootschalige productie.”

‘Gouden driehoek van overheid, kennisinstellingen en industrie is geen fabeltje, maar een goed werkend ecosysteem’

“Nederland heeft zijn kennisinfrastructuur prima voor elkaar, of het nu gaat om de bouw van heel  effectieve marineschepen of om de behoeftestelling in de maritieme sector te realiseren. Fundamenteel zijn de universiteiten aan zet. Daarna volgen de kennisinstituten als Marin, TNO en Deltares maar nog altijd met ondersteuning van fundamentele kennis. Op het moment dat een techniek ‘productklaar’ is ondersteunen zij op hun beurt de grote bedrijven die de techniek gaan toepassen. Er zijn heel korte lijnen in de Nederlandse maritieme sector. De gouden driehoek van overheid, kennisinstellingen en industrie is geen fabeltje, maar een goed werkend ecosysteem.”

– Fast forward naar 2030. Waar staat de maritieme sector tegen die tijd?

“Ik denk dat er dan vooral in de binnenvaart een massieve transitie naar brandstofcellen is geweest. De binnenvaartschepen die dan nog varen zullen bijna allemaal emissieloos zijn. Ook de veerboten zijn op brandstofcellen overgegaan óf staan op het punt met nieuwbouw of verbouw naar emissieloos varen over te gaan. Dat geldt voor de nieuwe Teso, de veren over de Waddenzee en zeker voor de kleinere veren op de Nieuwe Waterweg. Ook bij baggeren in kustgebieden – niet alleen in Nederland, maar ook in andere Europese landen – zal de energie-omzetting voor het grootste deel emissieloos zijn. En wellicht zijn er tegen die tijd ook andere baggertechnieken in zwang. Voor de zeevaart is de ontwikkeling minder duidelijk. Maar laten we één ding niet vergeten: vergeleken met de situatie in 1990 is de uitstoot per schip al in ongekende mate gereduceerd. Dat is vooral te danken aan de enorme ontwikkeling van de efficiency van interne verbrandingsmotoren.”

“De ontwikkeling gaat misschien nog sneller dan we nu denken. Amsterdam wil dat rondvaartboten emissieloos gaan varen en gaf de operators de tijd tot 2025. Maar het allergrootste deel was binnen een paar jaar volledig elektrisch. Op het moment dat er een business case is, de maatschappelijke druk toeneemt en er regelgeving op komst is, zie je dat er snel technologische keuzes worden gemaakt. Als we de waterstofopslag eenmaal goed geregeld hebben, krijgen we heel snel een transitie.”

CV Klaas Visser

2013-heden: universitair docent Maritieme Techniek aan TU Delft

2008-2012: directeur Wapensystemen bij DMO (Defensie)

2003-2007: directeur Marine bedrijf Den Helder

1994-2002: verschillende functies bij Marine en het Ministerie van Defensie

1989: afgestudeerd als ingenieur werktuigbouwkunde aan TU Delft

1978-1993: officier Technische Dienst Onderzeebootdienst Marine

1975-1977: opleiding marine officier Den Helder

 

Innovatieve waterstofwinning

Partner in het waterstofonderzoek van de TU Delft is H2Fuel, dat een proces ontwikkelde waarin waterstof (H2) wordt gewonnen uit natriumboorhydride (NaBH4), een vaste stof in poedervorm, en water (H2O). In chemische termen ziet deze reactie er als volgt uit:

NaBH4 + 2 H2O --> 4 H2 + NaBO2 + warmte

Om het proces een handje te helpen gebruikt H2Fuel een activator bestaande uit een sterk verdund zuur en/of een katalysator. Het water dat wordt toegevoegd aan de natriumboorhydride moet ultrapuur zijn. TNO heeft vastgesteld dat het proces van H2Fuel in de praktijk circa 98 procent van de theoretisch haalbare hoeveelheid H2 realiseert, en dat binnen enkele seconden. Het restproduct van de reactie, natriumbooroxide (NaBO2), kan in theorie gedeeltelijk gerecycled worden. Het rendement van deze regeneratie wordt momenteel onderzocht.

 

Aanmelden nieuwsbrief

Meld je nu aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van Maritiem Nederland.

Abonneer je nu!

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers

Bent u nog niet bekend met Maritiem Nederland? Vraag dan hier uw proefabonnement aan!

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers

Word ook abonnee!

Neem nu een abonnement en ontvang elke maand hèt vakblad voor de maritieme sector op de deurmat.

Sluit nu een abonnement af

Partners Maritiem Nederland