Composiet speelt nog geen rol in de binnenvaart
Paul Steenhoff | maandag 30 september 2013
Binnenvaart
In de jachtbouw is het toepassen van een composiet zoals glasvezelversterkt epoxy bijna gemeengoed. Kijken we naar de bouw van binnenvaartschepen, dan zien we dat staal hier nog steeds bouwmateriaal nummer 1 is. Een gemiste kans volgens ir. Alex Vredeveldt van TNO die een lans breekt voor composiet.
In een interview van maart 2008 voor TNO Magazine stelt ir. Alex Vredeveldt, senior scientist, naval architect, structural dynamics bij TNO, dat binnen een paar jaar binnenvaartschepen gebouwd zullen worden die opgetrokken zijn uit een composiet, waardoor een gewichtsbesparing van 40 procent wordt gerealiseerd. We zijn inmiddels vijf jaar verder en de initiatieven om binnenvaartschepen in composiet te bouwen, zijn vrijwel allemaal een stille dood gestorven.
“Ik kan je helaas geen antwoord geven op de vraag waarom composiet als bouwmateriaal in de binnenvaart niet van de grond komt”, antwoordt Vredeveldt in alle eerlijkheid. “Misschien moeten wij als TNO de hand in eigen boezem steken en concluderen dat onze lobby niet deugt. Nee, de branche is niet conservatief, daar ligt het niet aan.”
‘Scheepsbouwers lijden aan lijmangst terwijl je er oersterke verbindingen mee kunt maken’
Collega PhD Ingrid Schipperen, research scientist, structural dynamics, is specialist als het gaat om composieten en springt bij: “Men moet eerst het voordeel zien, voor het echt wordt opgepakt. Kijk naar de composiet brugdekken die nu steeds vaker worden toegepast. Daar is de koudwatervrees verdwenen en profiteert men van een van de grote voordelen van een composiet: gewichtsbesparing.”
Eerder onderzoek van Vredeveldt laat zien dat een binnenvaartschip 40 procent lichter kan zijn als er composiet wordt toegepast. Dat betekent dat er 40 procent meer aan gewicht kan worden vervoerd waardoor de investeringen in composiet zich snel zullen terugverdienen, aldus de twee TNO’ers. Verder worden lichtere schepen minder gehinderd door lage waterstanden in bijvoorbeeld de Rijn.
Slap staal
Vredeveldt is eigenlijk verwonderd dat de scheepsbouwers composiet niet massaal omarmen als nieuw bouwmateriaal. “Staal is slap. Het beweegt en het vervelende bij schepen is dat je tegen resonanties aanloopt. Shakedown cruises zijn afgebroken vanwege het optreden van resonanties aangezien staal bij bepaalde vibraties gaat werken als een stemvork. Apparatuur sneuvelt onder die trillingen en voor de bemanning is het geen werken. Zodra je kunststoffen in het ontwerp betrekt, introduceer je demping en ben je van die resonanties grotendeels af. Alleen dit gegeven is al een goede reden meer aandacht te hebben voor composiet.”
Verder stelt Vredeveldt dat je door het toepassen van composiet in een scheepsontwerp, de mogelijkheid hebt het staal dat nog wordt gebruikt van een hogere kwaliteit te kiezen. “Beter staal heeft een hogere vloeigrens waardoor je dus met veel minder materiaal dezelfde sterkte kunt bereiken.”
Ook het zogenoemde ‘uitknikken’ van staal - dat alleen kan worden voorkomen door het aanbrengen van spanten - is composiet vreemd. Vredeveldt: “Bij het composiet zoals wij dat hebben gemaakt, is er sprake van een volledig ondersteund plaatveld waardoor zaken zoals uitknikken niet kunnen optreden. Het doormidden breken van een schip als gevolg van uitknikken van staal, kan dus niet meer voorkomen.”
Sandwichconstuctie
Maar waar spreken we eigenlijk over? Vredeveldt laat het zien. Op tafel ligt op het eerste oog een strip staal, maar wie goed kijkt, ziet dat er sprake is van een sandwichconstructie. Tussen twee lagen staal van ieder twee millimeter dik, zit Pure, een thermoplast van Lankhorst Pure Composites. Schipperen: “Het is een polypropeen en kan dus plastisch vervormen. Dat is van belang want stel er valt een container en het staal loopt een deuk op. Een thermoharder kan niet vervormen en onder de deuk zal een ruimte ontstaan die zich in geval van een schip hoe dan ook zal vullen met water waardoor de constructie aangetast raakt. Een thermoplast kan meebewegen waardoor er geen ruimte ontstaat die kan vollopen met water. Daarom werken we graag met thermoplasten. Het wachten is nu op een betaalbaar, geschikt thermoplastisch schuim, waardoor we grote panelen met een schuimkern kunnen maken zoals we die al kennen van bijvoorbeeld kantoorscheidingswanden. Panelen die dus een volledig ondersteund plaatveld hebben waarmee je een stevig schip kunt bouwen.”
Lijmangst
Het verwerken van een composiet is een verhaal apart. Het is duidelijk dat het traditionele lassen niet geschikt is vanwege de warmte-inbreng waardoor de kern smelt. “Lassen is eigenlijk ook voor staal een niet zo gelukkige keuze”, zegt Vredeveldt. “Door de warmte-inbreng verzwak je het materiaal. De beste oplossing is lijmen, maar scheepsbouwers lijden aan lijmangst terwijl je er oersterke verbindingen mee kunt maken.”
Schipperen is ervan overtuigd dat lijmen het nieuwe lassen gaat worden. “Absoluut. De manier van denken over verbindingen moet veranderen, maar er komt een nieuwe generatie scheepsbouwers, die gaat lijmen in plaats van lassen. Realiseer je ook dat lijmen makkelijker is dan lassen. Voor je een goede lasser bent, heb je heel wat training nodig en moet je je vaardigheden ook blijven trainen. Ik zeg niet dat lijmen simpel is, maar leren lijmen is een stuk eenvoudiger dan te leren lassen.”
Vredeveldt borduurt verder: “Waarschijnlijk gaan we met lijmen een stap in de tijd terug zetten en gaan we weer nagelen. Die nagels zijn dan tijdelijk om de verbinding te steunen tijdens het droogproces, maar kunnen daarna worden verwijderd of gewoon blijven zitten.”
Lijmen is ook eenvoudiger toe te passen bij het maken van complexe constructies zoals dubbele bodems waarbij het lassen vaak niet eenvoudig is. Schipperen wijst ook op het feit dat lijmen de oplossing kan zijn in de offshore. “Bij een lek of breuk moet de hele installatie vaak plat worden gelegd om gevaar tijdens het lassen door vonken en hitte te beperken. Met lijmen voorkom je dit en beperk je de downtime aanzienlijk.”
Crisis als spelbreker
Bertrand van Leersum is projectmanager en penvoerder van Groot Composiet (een project met twintig partners, medegefinancierd uit het Europese fonds voor regionale ontwikkeling, red.), een initiatief van ATO Sustainable Business Engineers, die kennis, kunde en kapitaal bundelt om innovatieve duurzame producten en diensten op de markt te brengen. “We hebben al een sectie van een binnenvaartschip in composiet gemaakt en gekeken of deze kan voldoen aan onder andere de sterkte-eisen. Onze conclusie is dat ruimschoots kan worden voldaan aan alle eisen en dat er niets in de weg staat composiet grootschalig toe te passen in de binnenvaart.”
Technisch mogen er dan vrijwel geen obstakels meer zijn, maar de economische crisis is volgens Van Leersum op dit moment oorzaak nummer 1 voor de stagnatie in de ontwikkelingen. “Absoluut. Er liggen zoveel schepen stil en te koop dat niemand gaat investeren in innovaties zoals composiet. Pas als er weer voldoende werk is en iedereen weer vaart, zal de ontwikkeling van composiet in de binnenvaart weer op gang komen.”
Ook Aldert Verheus, directeur van Lightweight Structures uit Delft, heeft heel wat uren in het ontwerp van een composiet binnenvaartschip gestoken. Zijn laatste inspanningen richten zich op CompocaNord (genoemd naar het Canal du Nord in Frankrijk, red.) een composiet schip van 65 meter lengte. Het ontwerp ligt klaar maar is tot nu toe nog niet uitgevoerd. Verheus: “Het is een interessant ontwerp waarmee we een gewichtsreductie van 50 procent weten te bereiken. De voordelen wat betreft diepgang en gewicht zijn dus heel duidelijk, maar de branchevereniging is er niet in geslaagd die voordelen inzichtelijk genoeg te maken voor hun leden, daar waar men in de ruimte- en luchtvaart elke mogelijkheid benut kilo’s te besparen. Toen kwam ook de crisis om de hoek kijken en daarmee is het plan als een nachtkaars uit gegaan. Toch hou ik hoop dat we dit ontwerp eens gaan uitvoeren want composiet is de toekomst. Ook voor de binnenvaart.”
