Lichten doven. Deuren sluiten automatisch. Groen laserlicht flitst aan. Met een schokje zet het platform zich in beweging. Een model van een schip wordt schuin driftend door het water van het sleepbassin getrokken. Nauwkeurig signaleren computers elke beweging en de stroming van het water langs de romp.

De resultaten zijn voor een leek onbegrijpelijk: een verzameling oplichtende pixels op een scherm. Maar onderzoeker Gunnar Jacobi is enthousiast. In een poging iets te verduidelijken, laat hij enkele opnamen zien. „Kijk, die pixels verspringen tussen de opnamen.” Dat minieme verschil is genoeg om een computer aan het rekenen te zetten.

„Gunnar onderzoekt de invloed van zeilen op de romp van een vrachtschip”, licht programmaleider Albert Rijkens toe. „Je kunt je voorstellen dat de romp van een zeilend schip zich niet meer exact in de vaarrichting beweegt: het heeft een zogeheten drifthoek. Ook kan zo’n schip meer overhellen. Zeker omdat een vrachtschip geen kiel heeft.”

Moderne zeeschepen voorzien van zeilen is nog niet zo gemakkelijk als het lijkt. Het stelt andere eisen aan een schip, vertelt Rijkens. „Het kan zijn dat we een volledig nieuwe rompvorm moeten ontwerpen.” De TU Delft heeft daarom op 31 oktober het onderzoeksprogramma WASP (van Wind Assisted Ship Propulsion) opgericht, dat zich gaat bezighouden met zeilende vrachtschepen.

Eeuwenoud

Zeilen is een eeuwenoude manier om schepen voort te bewegen. Maar met de komst van stoommachines en later dieselmotoren is zeilen in onbruik geraakt. „Met brandstofmotoren ben je onafhankelijk van weer en wind. Je kunt je vaartijden nauwkeurig berekenen en daar je logistiek exact op afstemmen”, verklaart Rijkens.

In de jaren 70 beleefde windvoortstuwing een opleving. De olieprijzen rezen de pan uit. Wind leek een oplossing om de scheepvaart betaalbaar te houden. „Toen de olieprijzen kelderden, verdween de interesse ook.”

De belangstelling van vandaag de dag is een blijvertje, vermoedt Rijkens. „De motivatie is nu: uitstoot van zwavel, stikstof en broeikasgassen verminderen. Ons programma onderzoekt windhulpvoortstuwing, omdat we niet verwachten dat de scheepvaart voor 100 procent afhankelijk zal worden van wind.”

Van de pakweg 50.000 zeeschepen zijn er momenteel 30 uitgerust met een vorm van windhulpvoortstuwing. „Dat betreft zogeheten retrofittoepassingen: de schepen hebben achteraf een windhulpvoortstuwing gekregen. Het gaat bijvoorbeeld om schepen die turbinebladen naar windparken brengen. De scheepseigenaren willen dan ook een duurzame uitstraling hebben.”

Dergelijke schepen besparen zo’n 5 tot 15 procent op hun brandstof; en de CO2-uitstoot daalt daarmee evenveel. Het team van Rijkens mikt op een nog verdere terugdringing van het brandstofverbruik. „Met optimale aanpassingen aan bestaande schepen hopen we 20 tot 25 procent te besparen.” Bulkschepen en tankers zijn het gemakkelijkst aan te passen.

Op nieuwe schepen kan windhulpvoortstuwing vanaf de eerste ontwerpen al een plek krijgen. „We kunnen de zeilen beter integreren, de romp van het schip kunnen we erop aanpassen, het dekhuis kan naar voren worden geplaatst. Dit moet een brandstofbesparing kunnen opleveren van 30 tot 40 procent.” Hierbij denkt Rijkens in eerste instantie weer aan bulkschepen en tankers. Later kunnen mogelijk ook containerschepen worden aangepast. Gezamenlijk zijn deze schepen verantwoordelijk voor zo’n driekwart van de uitstoot van de totale wereldvloot.

Uitdaging

In 2030 moet de scheepvaart de uitstoot met 40 procent hebben teruggebracht ten opzichte van 2008. „En dat is een flinke uitdaging. Zeker als je weet dat de afgelopen tijd de uitstoot juist met 20 procent is gestegen.” Rijkens vermoedt dat windhulpvoortstuwing de meest economische manier is om het brandstofverbruik terug te dringen. „Je hoeft minder brandstof mee te slepen. Die ruimte kun je benutten voor lading.”

Zeeschepen uitrusten met gewone zeilen, zoals theeklippers uit de negentiende eeuw, is niet aan de orde. Moderne zeilen zijn van kunststof en opvouwbaar. Sommige lijken op verticale vleugels (zie ”Aanzuigvleugel”). Verder bestaan er ook enorme vliegers om schepen vooruit te trekken (zie ”Vlieger”) . Het WASP-programma van Rijkens richt zich voorlopig op zogeheten Flettnerrotoren, die eruitzien als grote schoorsteenpijpen (zie ”Flett­nerrotor”). Daarmee zijn momenteel vijftien schepen uitgerust.

„Met deze Flettnerrotoren werd rond 1900 al geëxperimenteerd”, weet de programmaleider. „Onze uitdaging is om ze efficiënter te maken, bijvoorbeeld door ze te voorzien van flappen.”

Een voor de hand liggende vraag is of die metershoge rotoren een vrachtschip niet instabiel maken. Volgens Rijkens valt dat wel mee. „Vooral bulkcarriers en tankers vervoeren hun lading diep in hun ruim. Dat maakt ze tamelijk stabiel. We moeten wel in de gaten houden dat ze kunnen gaan hellen door de wind. Daardoor zou de lading kunnen verschuiven, waardoor een schip slagzij maakt. Een schip moet zijn zeiloppervlak dus kunnen aanpassen aan hogere windsnelheden.”

Opmerkelijk

Dat windhulpvoortstuwing weer in de belangstelling staat, is best opmerkelijk. Oud-scheepsbouwkundige Lex Keuning van TU Delft, die vorige week plotseling overleed, stimuleerde het WASP-programma. Hij peuterde er 4 miljoen euro voor los bij het zogeheten bijlboegfonds waarin onder meer scheepsbouwer Damen Shipyards participeert. Hij zei in het Delftse universiteitsblad Delta: „Als je tien jaar geleden had gezegd dat er in 2023 serieus gedacht en gepraat zou worden over windvoortstuwing op vrachtschepen, dan was je afgevoerd door de ggz.” Nu ligt dat totaal anders.

Van alle goederenstromen over de wereld wordt 90 procent per schip vervoerd. „Met de ontwikkeling van windhulpvoortstuwing kunnen we een beste klapper maken”, verwacht Rijkens. Met het fonds van 4 miljoen euro gaat hij twaalf promovendi aan het werk zetten. Het WASP-programma bundelt de kennis van verschillende vakgebieden, zoals aerodynamica, hydrodynamica, constructie, voorstuwingssystemen en transport en logistiek.

„Het is zoals vaak ook een economisch verhaal. De keten is gericht op zo goedkoop mogelijke scheepvaart. Nu de scheepvaart de uitstoot moeten inperken en wetgevende instanties eisen gaan stellen, moeten reders serieuze brandstofbesparende maatregelen nemen. Daarvan is windhulpvoortstuwing het eenvoudigste te realiseren.”

Geregeld licht het rode lampje in de werkkamer van Rijkens op. „Dan heeft er weer een experiment plaats met groen laserlicht, en mogen we onze kamer niet uit.”

Onderzoeker Gunnar Jacobi heeft er duidelijk zin in. Om de tien minuten trekt de sleepwagen het model van het vrachtschip weer door het bassin. De ene serie proeven met kleine vinnen onder de romp, de andere met grote. Elke keer onder een andere drifthoek. Enthousiast: „Zie je die rode vlek? Dat zijn de wervelingen van de romp. Die moeten we zo sturen dat die niet op de plek van de scheepsschroef terechtkomen. Dan zou het schip juist meer brandstof gebruiken.”