Varen op waterstof als de klant daar om vraagt | Maritiem Nederland
Techniek&Innovatie
Artist impression van de Terberg Yard Tractor.

Zepp Solutions levert aandrijving zonder schadelijke uitstoot


Varen op waterstof als de klant daar om vraagt



Benno Boeters | dinsdag 18 februari 2020
Maritieme Cluster, Havens

Een trekker voor het verplaatsen en vervoeren van containers en trailers in de haven, dat is het eerste grote ontwerp van Zepp Solutions dat nu gerealiseerd wordt. Hij gaat rijden op waterstof. De aloude diesel, de onvermijdelijke uitstoot en de ongezonde lucht voor de havenwerkers behoort dan tot het verleden. Terberg Benschop laat de trekkers (yard tractors) bouwen, Zepp Solutions zorgt voor de waterstofaandrijving. 

De elf medewerkers van deze Delftse startup ontwikkelen daarnaast ook een binnenvaartschip, een offshore-werkschip en een rondvaartboot die een voortstuwing op waterstof krijgen – en gaan varen zonder schadelijke uitstoot. Elektrisch varen, niet met een groot en zwaar pakket batterijen aan boord, maar met waterstoftanks en een brandstofcel.

“De trekker die we voor Terberg mede-ontwerpen en bouwen heeft ons brandstofcelsysteem voor de schone elektrische voortstuwing, want bedrijven willen van diesel af. En er is ook wel een batterijversie, maar dan heb je een grote rij opladers nodig en batterijen opladen kost veel tijd. Onze trekker kan een dag lang zijn werk doen op één tank waterstof. Tanken kan in een paar minuten, terwijl batterijen úren lang moeten opladen. In de Terberg-trekker zit ook een batterij maar die is vooral om bij regeneratief remmen weer de elektriciteit terug te winnen.” Aldus Jan Bot, een van de oprichters van Zepp (Zero Emission Power and Propulsion)

Dat die nieuwe voertuigen binnen het beperkt gebied van de haventerminal hun werk doen, is een bijkomend voordeel omdat dan één waterstof-tankstation kan volstaan. In het Rotterdamse havenindustriegebied produceren bedrijven waterstof op grote schaal, voor de raffinaderijen en de chemische industrie, nog grotendeels grijze waterstof uit aardgas. Er loopt ook een ‘H-pijp’ tussen Antwerpen en Rotterdam. Dus lokaal is daar zeker geen tekort aan waterstof en is er de nodige infrastructuur. Jarenlang gold als het als een grote hindernis in de uitrol van voertuigen op waterstof/brandstofcelaandrijving dat er in Nederland nauwelijks tankstations voor waterstof zijn.

Terberg Benschop in IJsselstein is een belangrijke launching customer voor het jonge ingenieursbedrijf. Vorig jaar vierde de Royal Terberg Group zijn 150-jarig bestaan. Zij exporteren de trekkers naar havens in alle werelddelen. En de emissieloze variant is dus straks een nieuwe aanvulling in hun aanbod van voertuigen voor haventerminals en distributiecentra.

Drie schepen

De ingenieurs van Zepp werken aan drie schepen met waterstof-voortstuwing. Zoals een nieuw schip voor rondvaartbedrijf De Zilvermeeuw in Drimmelen voor zo’n 350 passagiers dat zonder uitstoot – en zonder motorgeronk – gaat varen en dus ook bijvoorbeeld de Biesbosch in mag. “Een ferryschip dat een overtocht maakt van één uur en dan weer even stilligt, kan varen op batterijen. Maar wil je een dag lang een excursie doen op elektrische voortstuwing dan is waterstof als energiebron veel gunstiger”, stelt Bot. En het emissieloos en geruisloos varen door een natuurgebied zal milieubewuste passagiers zeker aanspreken.

‘Wil je een dag lang een excursie doen op elektrische voortstuwing dan is waterstof veel gunstiger’

Ook voor een binnenvaartschip op waterstof ontwerpt Zepp mee. Het gaat hier om de ombouw van een bestaand schip – motorvrachtschip en duwbak ‘Vera Cruz’ – van reder Fabian De Wachter in België (lengte 172 m, 4200 ton). De aandrijving gaat van dubbele dieselmotor naar hybride, een waterstofaandrijflijn met diesel als back-up en mogelijk batterijen als elektrische buffer. Het schip moet najaar 2021 met de nieuwe aandrijving gaan varen.

Hieronder een schets van rondvaartboot Zilvermeeuw 9 met waterstofvoortstuwing. Foto: Rederij Zilvermeeuw. Tekst gaat verder onder de illustratie

En ook een nieuw te bouwen werkschip voor onderhoud bij offshore-windmolenparken staat bij Zepp op de tekentafel, het GeoXYZ service vessel. Ook op waterstof; dat past natuurlijk veel beter bij de duurzame stroomopwekkers op zee. “Als je dat in je tender kunt aangeven, kan dat zomaar een verschil maken”, zegt Bot.

Het ontwikkelen van de drie schepen krijgt steun vanuit het Interreg 2 Seas Mers Zeeën-project van de EU. ‘Brussel’ heeft zestien miljoen euro aan subsidie beschikbaar gesteld voor duurzame maritieme projecten (low carbon technologies) in Frankrijk, Groot Brittannië, België en Nederland. Het havenbedrijf van Oostende is penvoerder. Dit programma valt weer onder het overkoepelende ISHY-project, Implementation of Ship Hybridisation

Vermogensvraag staat voorop

Bij elk schip beginnen de Zepp-medewerkers allereerst met het ‘vermogensvraagprofiel’, legt Bot uit. “We beginnen bij elk project met in kaart brengen van wat een voertuig of schip van minuut tot minuut aan vermogen vraagt. Welke pieken en dalen zitten er in; dat verschilt natuurlijk sterk bij een container-trekker of een meer gestaag varend schip. Vervolgens onderzoeken we welk systeem over een bepaalde tijd gemeten het gunstigst uitvalt in total costs of ownership. Aan de hand daarvan kan de opdrachtgever een keuze maken, wil ik volledig op waterstof óf op batterijen óf een hybride – een combinatie – en wel of geen back-up met diesel.”

“Dit is eigenlijk de kern van onze dienst”, vervolgt Bot. “Wij nemen de behoefte van de eindgebruiker als uitgangspunt. Dus de vermogensvraag op elk moment en dan kijken wat er het best op aansluit. Zo kan het de meest efficiënte of economische keuze zijn dat een binnenvaartschip stroomopwaarts op waterstofaandrijving met bijgeschakelde dieselmotor vaart, maar dat het stroomafwaarts volledig op waterstof kan varen. Om een schip volledig elektrisch te laten varen op batterijen is meestal niet efficiënt omdat die veel ruimte in beslag nemen en zwaar zijn. Daar staat weer tegenover dat elektriciteit goedkoper is dan waterstof. En diesel is natuurlijk relatief goedkoop, zeker scheepsdiesel waar geen belasting op wordt geheven. Wij geven met onze expertise een opdrachtgever de beste oplossing. Niet alleen technisch, maar ook financieel. Een reder of een ander transportbedrijf wil ook weten hoe hij met de gekozen aandrijflijn over een jaar uitkomt.”

Waterstof in cryogene vorm

Voor het ruimtebeslag van waterstoftanks in een schip maakt het veel verschil in welke vorm die energiedrager wordt opgeslagen. Naast de grootte van de tank is er de druk. Zo is 350 bar al min of meer gebruikelijk, maar de waterstoftank in een auto staat al op 700 bar. Voor schepen is het optimaal om de waterstof in vloeibare vorm – cryogeen, bij -253 graden – te tanken en op te slaan. In die vorm kan er snel getankt worden en heeft het de grootste energiedichtheid. De opslag en het bunkeren van cryogene waterstof lijkt in dat opzicht veel op LNG.

‘Wij geven een opdrachtgever de beste oplossing, niet alleen technisch maar ook financieel’

Een brandstofcel produceert elektriciteit doordat waterstof (H2) wil reageren met zuurstof (O2). Komen de twee moleculen direct in contact, dan krijg je verbranding en resteert H2O. In de brandstofcel houdt een membraan de twee gescheiden en een katalysator – een dunne laag platina –splitst de H2 in twee protonen en twee elektronen. Het membraan heeft de eigenschap om permeabel te zijn voor protonen, maar niet voor elektronen. De protonen kunnen dus vrij door het membraan heen, maar de elektronen zoeken een weg langs een extern circuit om de andere kant van het membraan te bereiken en daar met de zuurstof en de protonen te reageren tot H20, water. De stroom van elektronen levert de elektrische energie.

Een brandstofcel degradeert in de loop van de tijd wel enigszins en de prestatie neemt dus iets af maar gaat toch tienduizenden uren mee. Zepp Solutions koopt voor een opdrachtgever een brandstofcel in en bouwt het systeem er omheen, de sensoren, pompen en andere componenten. Die moeten zorgen voor de juiste temperatuur, druk en vochtigheidsgraad zodat de cel optimaal presteert.

Bot: “In 2017 hebben we met vijf teamgenoten van het Forze Hydrogen Racing Team bedacht hoe we met onze kennis over waterstofaandrijving de markt op konden. We kwamen al snel uit op de mobiliteits- en de maritieme sector waar veel heavy duty-motoren gebruikt worden. Omdat we met de raceauto’s ook voortdurend nadachten over wat wij als gebruiker nodig hadden, is nu ons bedrijf en onze dienst gefocust op wat de beste oplossing is voor het vermogensvraagprofiel van de klant. Welk systeem of welke combinatie van aandrijvingsmodules is na een bepaalde looptijd het meest voordelig in total costs of ownership.”

Van simpele kart tot supercar

De wortels van Zepp Solutions liggen in het Forze Hydrogen Racing Team dat de eerste raceauto op waterstof bouwde. Dit studententeam van de TU Delft bouwt ook nu nog waterstof-racevoertuigen en heeft daar in de loop der jaren heel wat prestaties mee neergezet. Het begon met een simpele kart, maar ieder nieuw model kon sneller, langer, efficiënter en betrouwbaarder rijden. Inmiddels rijdt er een volwaardige waterstof-racewagen, de eerste ter wereld, rond op de circuits van Zandvoort en Assen. Afgelopen zomer liet het team nog zien waar deze toe in staat is, door op het podium te eindigen in een race van de Supercar Challenge.

 

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