Methanol wordt algemeen beschouwd als een veelbelovende brandstof voor grootschalig gebruik, met het potentieel om aanzienlijk bij te dragen aan de vermindering van de CO2-uitstoot in de scheepvaart.
Binnen het MENENS-project bundelen 21 partners, waaronder RH Marine, hun krachten om een raamwerk te creëren voor het gebruik van methanol als een veilige, kosteneffectieve en duurzame brandstof. Wat methanol bijzonder interessant maakt, zijn onder meer de energiedichtheid, de relatief hoge opbrengst, de redelijke productiekosten, de beperkte ontvlambaarheid en de duurzame productiemethoden, zoals die met behulp van biomassa.
Het project
“Het MENENS-project bestaat uit zeven werkpakketten gericht op de transitie naar methanol-aangedreven schepen, elk met een eigen focus”, legt Despoina Mitropoulou, Manager Power Systems, uit. “Wij nemen deel aan de MENENS Power and Energy-systemen en coördineren daarvan het onderzoek en de ontwikkeling. RH Marine leidt werkpakket vier, dat zich richt op het realiseren van het netontwerp en de energiesystemen, met onderwerpen als simulatie, digitale twins, IoT en connectiviteit. Een groot deel van ons werk omvat de coördinatie van verschillende onderzoekslijnen. We zorgen ervoor dat we aansluiten bij gerelateerde werkpakketten en faciliteren het delen van informatie en technologie. Elk werkpakket is zeer gedetailleerd, wat deze taak tot een behoorlijke uitdaging maakt. Werkpakket drie richt zich bijvoorbeeld op Model-Based System Engineering, een techniek die steeds vaker in de maritieme industrie wordt toegepast. Andere pakketten kijken naar het aanpassen van dieselmotoren voor methanol, het testen van prestaties en de veiligheidsaspecten, waaronder het analyseren van risico’s en het introduceren van risicobeperkende maatregelen.”
De belangrijkste uitdagingen met betrekking tot duurzame energiebronnen zijn het dynamische gedrag en de integratie ervan in een netontwerp. De afdeling RH Marine Power Systems onderzoekt manieren om dergelijke systemen stabieler te maken door opslagsystemen te integreren en zo de prestaties daarvan te maximaliseren. Daarnaast bestudeert het team methodologieën om de impact van bepaalde stappen en onderlinge afhankelijkheden tussen elementen bij het ontwerpen van een systeem te begrijpen. Dit helpt om de systemen modulair te maken en inzicht te krijgen in de implicaties van bepaalde wijzigingen in een systeem. Hoewel niemand de toekomst kan voorspellen, biedt deze aanpak de mogelijkheid al in de ontwerpfase rekening te houden met flexibiliteit en platforms zo modulair mogelijk te houden.
Project roadmap
Uitdagingen overwinnen
“Een van de grootste uitdagingen bij het realiseren van emissieloze scheepvaart is dat op dit moment niets kan concurreren met diesel. Scheepseigenaren vinden het moeilijk om over te stappen op alternatieve brandstoffen die niet kunnen tippen aan de actieradius en energiedichtheid van diesel. Methanol vraagt bijvoorbeeld om meer ruimte aan boord vanwege de lagere energieopbrengst in vergelijking met diesel. Het gebruik van methanol vereist dan ook nieuwe ideeën voor infrastructuur, onderhoud en opslag.
“Technische uitdagingen zijn onder andere het ontwerp van gelijkstroomnetwerken, het verminderen van het gewicht en het verhogen van de efficiëntie. Energiebronnen zoals brandstofcellen en accu’s, die van nature gelijkstroom leveren, worden steeds prominenter. Het introduceren van gelijkstroom aan de secundaire zijde, zodat apparaten zoals laptops kunnen worden aangesloten, kan zorgen voor meer efficiëntie, maar brengt ook technische complexiteit met zich mee. Een andere belangrijke uitdaging is de systeemintegratie van een netontwerp dat ook aspecten als koeling raakt, wat op verschillende manieren geïmplementeerd moet worden bij een gedistribueerde energieoplossing. Bovendien zijn er veel normen en voorschriften voor wisselstroom, maar niet voor gelijkstroom. Elk potentieel gebruik moet apart worden onderzocht en besproken met classificatiebureaus en normalisatie-instituten.”
Despoina heeft in het verleden aan diverse projecten gewerkt waarbij informatie met kennisinstituten werd gedeeld. Wat het MENENS-project heel anders maakt, is dat kennis hier wordt gedeeld met concurrenten! “We hebben een goede flow en structuur gevonden en het lijkt erop dat iedereen tevreden is. We vergaderen regelmatig om de resultaten te delen op basis van geselecteerde onderwerpen, taken toe te wijzen en het eens te worden over specifieke acties en gemeenschappelijke deliverables. Alles wordt zorgvuldig door alle partijen gedocumenteerd. Het is indrukwekkend om te zien hoeveel mensen delen, dankzij wederzijds vertrouwen en openheid.
Slimme oplossingen ontwikkelen
“Onze uitgangspunten zijn het combineren van verbrandingsmotoren met brandstofcellen en het gebruik van geavanceerde software en intelligentie om het brandstofverbruik te beheren en te optimaliseren”, vertelt Despoina. “Het vaarprofiel van schepen speelt hierbij een cruciale rol. Sommige schepen, zoals veerboten, volgen zeer voorspelbare patronen, terwijl andere, zoals jachten, veel variabeler zijn. In 2015 hebben we al aan een hybride jacht gewerkt en een energiebeheersysteem ontwikkeld dat een optimalisatie-algoritme voor brandstofverbruik gebruikte om te beslissen wanneer geswitcht moest worden tussen diesel en stroom uit de accu’s. Hierbij hielden we rekening met factoren zoals de levensduur van de accu’s en laadverlies. Deze aanpak passen we nu ook toe op methanol, dat in verschillende scenario’s een ander gedrag vertoont.”
Besturingsstrategie
De systemen die worden ontwikkeld door het team van RH Marine Power Systems kunnen worden gevalideerd door een verscheidenheid aan omstandigheden te simuleren. Het uitgangspunt is om de besturingsstrategie zo robuust mogelijk te maken door variabelen te introduceren op basis van een breed scala aan factoren die zich op zee kunnen voordoen, en te controleren of de systemen zich voldoende kunnen aanpassen. Dat vereist een grote mate van modellering en simulatie. Het team maakt gebruik van digital twins en een uitgebreide componentenbibliotheek, ontwikkeld in samenwerking met TNO en Marin, die kan worden hergebruikt voor projecten van verschillende omvang, vermogens en toepassingen. Deze bibliotheek van eenvoudig configureerbare modellen kan worden gedeeld met partners, zodat zij alles kunnen testen, van jachten tot baggerschepen.
Anders denken
Als je streeft naar het verminderen van energieverbruik en uitstoot, is het verminderen van brandstofverbruik een goed begin. Maar er zijn nog andere mogelijkheden voor verbetering. Schepen worden op dit moment bijvoorbeeld ontworpen met een maximumsnelheid in gedachten, maar waarom zouden we dat doen als die maximumsnelheid eigenlijk nooit nodig is? Moeten schepen echt voor twee weken diesel aan boord hebben als ze nooit langer dan een paar dagen uit een haven weg zijn?
Fieldlabs en praktijktesten spelen een belangrijke rol in het MENENS-project. Een van de partners bouwt bijvoorbeeld een schip uit zijn bestaande vloot om voor gebruik met methanol. Ze vervangen twee van de vier motoren en vergelijken de prestaties met ‘gewone motoren’ in live tests. In een ander fieldlab worden baggerschepen getest met verschillende belastingsprofielen. Fieldlabs delen gegevens op basis van motortests en -prestaties, die verder worden verrijkt met resultaten van kennisinstituten. Alle oplossingen en voorstellen worden gemodelleerd, gesimuleerd en vooraf getest, zodat ze voldoen aan de relevante wetgeving en normen en volledig operationeel zijn zodra ze worden gebruikt in de echte wereld.
Despoina voegt daaraan toe: “We delen eisen met fieldlabs en vragen om specifieke gegevens die we in onze modellen invoeren, waarbij we aannames, simulaties en de modellen zelf valideren. Verschillende soorten input uit verschillende bronnen helpen ons ook te begrijpen hoe innovaties in verschillende regio’s kunnen worden toegepast. Samen met Bakker Sliedrecht ontwikkelen we een DC-lab waar we brandstofcellen, accu’s en methanolmotoren kunnen testen en simuleren om meer te weten te komen over het gedrag daarvan. Het DC-lab is geschikt voor verschillende duurzame bronnen en onderdelen van partners. We kunnen zelfs complete ontwerpen in een oogwenk aanpassen. Het idee is om de introductie en acceptatie van nieuwe ontwerpen te versnellen.”
“We moeten bepalen waar we compromissen kunnen sluiten met betrekking tot voordelen en integratie-uitdagingen, terwijl we de operationele kosten optimaliseren zonder afbreuk te doen aan de veiligheidsaspecten. De beschikbare gegevens over methanol zijn op dit moment erg beperkt, dus we implementeren een zeer flexibele optimalisatiestrategie die geschikt is voor een scala aan bronnen en modellen. We kunnen een verband vinden tussen een veelheid aan factoren, van het type en het niveau van de uitstoot tot lawaai of trillingen.”
“RH Marine is al sterk gefocust op duurzame en emissieloze scheepvaart en neemt deel aan verschillende dialogen om de industrie te beïnvloeden. Het Maritiem Masterplan was volledig afgestemd op onze eigen doelstellingen, vooral met betrekking tot emissieloze bronnen aan boord. Bij het MENENS-project is er ook een hoge mate van strategische afstemming met wat we al deden rond de ontwikkeling van efficiënte energie- en energiesystemen. Zodra de resulterende innovaties in de markt worden gezet, zullen industriële processen en toeleveringsketens ten goede veranderen en kunnen best practices worden gekopieerd en wereldwijd worden ingevoerd.”
