[Ruurlo]
Ieder jaar organiseert de Monaco Yacht Club de Monaco Energy Boat Challenge. Doel van deze races is de industrie uit te dagen om voortstuwingsmethodes te ontwikkelen die gebruik maken van schone energie. Sinds 2006 doet de Technische Universiteit Delft al mee met solar bootraces, boten die door zonne-energie voortgestuwd worden. Komend jaar staat het deelnemende team onder leiding van de 21-jarige Frank Stapelbroek uit Ruurlo.
Tekst: Rob Weeber Foto: TU Delft Hydro Motion Team
In 2021 nam de Technische Universiteit Delft (TU Delft) voor het eerst deel met een boot op waterstof, ontwikkeld door het TU Delft Hydro Motion Team. Het was tevens de wereldprimeur voor een vliegende boot met waterstof als brandstof. Deze zomer doet dit team weer mee aan de categorie Monaco Open Sea Class. De inzet deze keer is de winst in alle drie onderdelen: wendbaarheid, uithoudingsvermogen en snelheid. Chief engineer van het 23-koppige team en tevens lid van het managementteam is Frank Stapelbroek, student werktuigbouwkunde. Gedurende zijn studie ontwikkelde hij een voorliefde voor waterstof als brandstof. “Duurzame energie betekent nu nog hoofdzakelijk wind en zon, ondersteund door gascentrales die bijspringen tijdens schaarste. De andere kant is overvloed. Daar hebben we te maken met een nog niet opgelost opslagvraagstuk. Voor bepaalde toepassingen, zoals in de zware industrie en het bulktransport, zou waterstof een beter alternatief bieden. Het kan veel energie opslaan met weinig gewicht, is goed te vervoeren via buizen en behoudt zijn energie in de tijd.”
Schone uitstoot
Waterstof komt tot stand wanneer je elektriciteit door water vervoert. Tijdens dat proces wordt er zuivere zuurstof onttrokken en blijft waterstof over. Om de zo ontstane energiebron te ontladen, onttrek je de opgeslagen energie en blijft er na toevoeging van zuurstof weer gewoon water over, schone uitstoot dus. Die benodigde zuurstof kun je overigens ook uit de lucht halen en filteren. Waterstof lijkt het in de publieke discussie vooralsnog te verliezen van elektriciteit via accu’s, maar de werkelijkheid ligt genuanceerder volgens Stapelbroek. “Het is waar dat er bij de opwekking van waterstof en de omzetting weer naar water meer verlies optreedt dan bij het laden en ontladen van accu’s. Maar elektriciteit als energie- of voortstuwingsbron voor heavy duty toepassingen is niet rendabel en daar zit de winst voor waterstof. Je kunt bijvoorbeeld een vrachtschip niet op accu’s naar het andere eind van de wereld sturen. De hoeveelheid benodigde accu’s zou een te groot gewicht hebben en het zou te lang duren om ze op te laden.”
Vliegen over het water
Met de bouw van de boot op waterstof wil het team de maritieme sector bewust maken van de mogelijkheden van waterstof als duurzame voortstuwingsenergiebron. In 2022 legden hun boot met zestien kilogram waterstof de langste afstand in 4 uur tijd af: 100 kilometer. Daarmee werden ze winnaar in dat onderdeel. Om dit jaar ook beide andere onderdelen te kunnen winnen, moesten belangrijke aanpassingen aan de nieuwe boot worden gedaan. “Misschien wel de belangrijkste aanpassing is die aan het hoogteregelsysteem”, legt Stapelbroek uit. “Wij varen met een techniek die foiling heet; we vliegen als het ware over het water op draagarmen. Hoe verder de boot uit het water komt, hoe minder weerstand er met het water is en hoe sneller we varen. De optimale hoek en hoogte van de drie aanwezige draagarmen worden aangestuurd door het hoogteregelsysteem, waarvoor we zelf de software hebben ontwikkeld.”
Andere belangrijke aanpassingen betroffen de schroef en schroefas en de elektrische systemen. Door een nieuw ontworpen schroef en een schroefas met meer uitslagcapaciteit is de nieuwe boot sneller en wendbaarder geworden. Ook is er meer testtijd voor alle elektrische systemen. “Alles moet uiteraard lichtgewicht zijn, maar dat mag niet ten koste van de betrouwbaarheid gaan. Daarom hebben we meer testtijd ingeruimd.” Tijden de race zijn twee bemanningsleden aan boord: de piloot en de technicus die alle technische systemen bewaakt. Verder zijn er twee waterstoftanks van elk 16 kilogram aan boord en een accu die piekvermogens kan leveren aan de motor, bijvoorbeeld voor het ‘opstijgen’ uit het water.
Tussenjaar
Het Hydro Motion team 2023 kent 23 leden die elkaar aan het begin van het studiejaar nog niet kenden. Maar ze hadden samen hetzelfde doel: het winnen van de Monaco Open Sea Class van de Monaco Energy Boat Challenge 2023 met een boot op waterstof die kon foilen. Aangezien al het werk naast de normale studiebelasting moet plaatsvinden, nam iedereen een tussenjaar. Het voltallige team is ingedeeld in vijf onderdelen, drie engineeringsonderdelen (hull and body, vehicle dynamics en embedded systems) en de afdeling operations en management. Stapelbroek zelf houdt zich voornamelijk met kwaliteitsmanagement bezig. “We hebben een zeer gemotiveerd en hecht team, waarmee we de grenzen van technologie, duurzaamheid en engineering verleggen. Ontwerp, bouw en race nemen gezamenlijk slechts één jaar in beslag.”
De nieuwe enkelrompsboot meet twee bij zeven meter en weegt 77 kilogram. Het ontwerp werd vlak voor Kerstmis aan de buitenwereld getoond. Naar verwachting zal de bouw begin april gereed zijn en kan de boot dan te water voor de eerste proefvaarten. In eerste instantie wordt er getest op de binnenwateren om de invloed van het zoute water op de systemen zo lang mogelijk uit te stellen. De races zelf worden gehouden van 3 tot 8 juli.