De scheepvaart is enorm belangrijk voor de wereldhandel. De verwachting is dat na de recente daling de olieprijzen op termijn weer fors gaan stijgen. Er moet dus iets gebeuren. Is het mogelijk om duurzame energie te gebruiken voor de scheepvaart?

Dit verslag is oorspronkelijk gepost op 26 november 2008 op mijn eigen website www.solarwebsite.nl.

Inleiding

Zonnestroompanelen op het dak zijn belangrijk en leuk, maar woningen verbruiken maar zo’n 20% van alle energie in Nederland – en elektriciteit is daar maar een klein deel van. Daarom is het ook nodig dat er in andere sectoren alternatieven gevonden worden voor fossiele brandstoffen. Een sector waar heel veel fossiele brandstoffen verbruikt wordt is transport. Voor personenvervoer over land zijn de alternatieven duidelijk: steden slimmer bouwen zodat er minder gereisd hoeft te worden, veel meer openbaar vervoer en elektrisch vervoer. Maar voor bijvoorbeeld de scheepvaart is het veel minder duidelijk wat de alternatieven zijn.

De scheepvaart is enorm belangrijk voor de wereldhandel. Vele soorten goederen van ruwe ertsen en graan in bulkcarriers tot eindproducten als consumentenelektronica en auto’s – en niet te vergeten aardolie en zijn eindproducten – worden met steeds grotere schepen over grote afstanden vervoerd.

Wind lijkt op het eerste gezicht een goede kandidaat: op zee waait het een groot deel van de tijd. De ouderwetse manier, met zeilen, heeft nogal wat nadelen:

* Het hijsen en strijken van de zeilen is erg arbeidsintensief
* De zeilen zijn kwetsbaar in zwaar weer
* Hoge masten zijn problematisch als onder bruggen door moet worden gevaren
* Er kan niet goed aan de wind gevaren worden
* Het laden en lossen van een vrachtschip wordt bemoeilijkt door de masten

Door deze nadelen is het voordeel wat een klassiek zeilschip kan behalen t.o.v. een fossiel gestookt schip klein. Omdat de prijzen van fossiele brandstoffen enorm schommelen en naar verwachting in de nabije toekomst blijvend hoog zullen blijven wordt veel onderzoek gedaan naar mogelijkheden om het brandstofverbruik van zeeschepen te verminderen. Wind blijft daarbij een goede kandidaat omdat het vrij betrouwbaar is.

Computergestuurde zeilen

Een optie waar over nagedacht wordt zijn zeilen van moderne materialen die computergestuurd hun werk doen. In de jaren ’80 werd hier al mee geëxperimenteerd, bv. met de olietanker Shin Aitoku Maru. De zeilen van een dergelijk schip worden door de computer bestuurd, en automatisch aan de de omstandigheden aan gepast. Dit schip behaalde een brandstofbesparing van 10-15%. Het grote voordeel is dat geen mankracht nodig is om de zeilen te bedienen, maar een aantal van de genoemde nadelen bestaan nog steeds (hoewel het laden en lossen bij een tanker zoals dit waarschijnlijk niet bemoeilijkt wordt.)

De Shin Aitoku Maru

Vlieger

Om hoge masten op het dek te vermijden wordt ook geëxperimenteerd met vliegers die het schip voorttrekken en zo de motor ontlasten. De vlieger een stuk goedkoper dan zeilen + masten, kan worden weggeborgen als hij niet gebruikt wordt of bij zwaar weer en zou daardoor een aantal nadelen van (ouder- of nieuwerwetse) zeilen weg kunnen nemen. Ook bevindt een vlieger zich hoger in de lucht dan een zeil en omdat het op grotere hoogte over het algemeen harder waait zou meer brandstof bespaard kunnen worden. Het bedrijf SkySails is al vrij ver met deze techniek (bekijk vooral de filmpjes op de site). Ik ben geen expert maar het lijkt er op dat dit systeem vrij makkelijk op bestaande en nieuwe schepen geïnstalleerd kan worden.

Video’s

Video van een vrachtschip geholpen door een SkySail (Engels)

Het SkySail werkt volledig automatisch (Duits)

Flettner-rotor systeem

Een intrigerend aandrijvingssysteem welke van windkracht gebruik maakt is het Flettner-systeem. Hierbij worden één of meerdere verticale cylinders aan het draaien gebracht, en als de wind daar langs blaast wordt het schip voortgestuwd door het magnus-effect. De hoge cylinders hebben duidelijk een paar van dezelfde nadelen als zeilmasten, maar vergen geen personeel voor de bediening.

Een schip met een Flettner-rotor systeem

De firma Enercon, welke windturbines bouwt, laat schip bouwen met vier Flettnermasten om onderdelen voor windturbines naar de plaats van bestemming te brengen. Het schip zou eind december opgeleverd moeten worden, ik ben erg benieuwd of het in de praktijk goed werkt en hoeveel brandstof het bespaart.

Het Enercon schip met Flettnermasten.

Turbosail

Een aandrijfsysteem welke op het eerste gezicht erg lijkt op het Flettner-systeem, maar heel anders werkt is het ‘turbosail’ (turbozeil?). Hierbij heeft een schip één of meerdere masten met een doorsnede die lijkt op een vliegtuigvleugel. Aan één kant van de mast wordt lucht weggezogen door vele kleine openingen in de holle mast. Door de onderdruk die hierdoor ontstaat werkt de mast als een zeer efficiënte vleugel, en als de wind er langs blaast wordt het schip voortgestuwd. De masten roteren niet continu, zoals bij het Flettner-systeem, maar kunnen wel gedraaid worden om zich aan te passen aan de windrichting.

De Alcyone met turbosail

Het systeem is rond 1985 in de praktijk gebracht door Jacques Cousteau op zijn schip Alcyone. Volgens wat bronnen die ik vond zou het turbozeil zo’n vijf tot zes keer efficiënter moeten zijn dan een normaal zeil. Behalve het schip van Cousteau – en een kleine test-voorloper (video) daarvan – heb ik geen schepen kunnen vinden waarop dit systeem in de praktijk toegepast is. Het lijkt me wat handelbaarder dan grote roterende cilinders, maar wie weet heeft het ook grote nadelen waardoor het (nog) niet wordt toegepast.

Zonne-energie

Behalve wind als aandrijfmogelijkheid, is er natuurlijk ook zonne-energie. Het meest wordt geëxperimenteerd met photovoltaïsche cellen (zonnecellen) omdat hiermee op relatief eenvoudig wijze een aandrijving gerealiseerd kan worden. In tegenstelling tot zonnestroompanelen op woonhuizen (waar het budget vaak de beperkende factor is) beperkt bij schepen het beschikbare oppervlak het maximale vermogen wat opgewekt kan worden. De opgewekte zonnestroom wordt opgeslagen in accu’s, waardoor dag en nacht gevaren kan worden, maar doordat een relatief laag vermogen opgewekt kan worden zijn de gemiddelde snelheden over lange afstanden die praktische zonneschepen kunnen halen vaak relatief laag. Het zijn op dit moment eigenlijk alleen kleine schepen die geen grote afstanden afleggen die uitgerust zijn met zonnestroompanelen, zoals de Solar Sailor. Toch is er al een klein schip op uitsluitend zonnestroom de Atlantische Oceaan overgestoken, en er wordt gewerkt aan een schip wat op zonnestroom rond de wereld moet gaan varen. Er is nog veel ruimte voor ontwikkeling, het is dus moeilijk te voorspellen wat er wel en niet mogelijk is, maar duidelijk is dat er nog veel stappen gezet moeten worden voordat schepen op zonnestroom groot en snel genoeg zijn om betrouwbaar vracht te kunnen vervoeren. Een groot nadeel van zonnestroom is dat het in streken rond de evenaar veel beter zal werken dan op hogere breedtegraden.

Schip op zonnestroom

Naast het gebruik van duurzame bronnen zoals zon en wind, is het natuurlijk ook mogelijk om schepen te laten varen op waterstof of biobrandstoffen. Deze hebben elk hun eigen mogelijkheden en moeilijkheden, hierover schreef ik al eerder in het artikel duurzaam vliegen.

Aandrijving met kernenergie

Als laatste kunnen schepen aangedreven worden door kernenergie. Technisch is dat vrij simpel; veel schepen werken met stoomturbines en het is feitelijk een kwestie van de oliegestookte boiler vervangen door een kernreactor die de stoom produceert. Veel moderne onderzeeboten worden door een kernreactor aangedreven omdat het in de praktijk de enige aandrijving is de langdurig kan onder water kan werken. Er zijn een aantal door kernenergie aangedreven vrachtschepen gebouwd, waaronder de NS Savannah, maar deze ontwikkeling heeft zich niet doorgezet. Misschien is dat maar goed ook, want er zinken per jaar vele middelgrote en grote schepen, en het lijkt me niet zo’n goed idee om de zeebodem te bezaaien met kernreactoren. Daarnaast hebben kernreactoren op het land nogal al eens last van kleine ongelukjes en lekkages. Als laatste is kernenergie niet duurzaam omdat het gebruik maakt van splijtstoffen als uranium welke eindig zijn.

De NS Savannah op kernenergie

Conclusie

Het gebruik van duurzame bronnen zoals zon en wind zal vermoedelijk in de komende jaren toenemen omdat de verwachting is dat de prijzen van fossiele brandstoffen flink zullen stijgen, ondanks de tijdelijke prijsdaling. De oplossingen die hierboven genoemd worden kunnen op zijn best een aanvulling zijn op de fossiele aandrijving. Er zal dus nog flink wat ontwikkeling nodig zijn voordat een aanzienlijk gedeelte van het fossiele brandstofverbruik vervangen kan worden door duurzame alternatieven.