Brandstofbesparende cilinderzeilen

Een nieuw windaandrijving van de startup CoFlow Jet ziet eruit als een stel brugpylonen die per ongeluk op een vrachtschip zijn geïnstalleerd. De aandrijving zorgt voor een besparing op brandstof die kan oplopen tot 90%.

Verbeteren efficiëntie

Door de stijgende brandstofprijzen en de toenemende regelgeving door de overheid is er een sterke drang om de efficiëntie van vrachtschepen te verhogen en hun uitstoot te verminderen. Dat kan bijvoorbeeld door inspiratie op te doen uit de geschiedenis en zeilen te gebruiken om de wind te benutten. Dat klinkt op eerste gezicht logisch omdat zeilschepen als duizenden jaren de wereldzeeën bevaren. Er zijn echter twee belangrijke drempels.

Ten eerste vereisen traditionele zeilschepen een grote hoeveelheid bemanning. De 921 ton zware theeklipper Cutty Sark had bijvoorbeeld een bemanning van ongeveer 30 man nodig om de zeilen en de complexe schoten en lijnen te bedienen. Vergelijk dat eens met een modern containerschip van 196.000 ton dat slechts 13 officieren en matrozen nodig heeft. De meeste van hen drukken bovendien op knoppen in plaats van aan lijnen te trekken.

Het tweede probleem is dat zeilen volledig afhankelijk zijn van de wind. Als het hard genoeg én in de juiste richting waait, is het geweldig. Als het te weinig of te hard waait, of als het uit de verkeerde hoek komt, is dat minder.

Toch beleeft het idee van zeilen een renaissance. Maar in plaats van hectares canvas die aan een woud van houten masten worden geregen, maken de nieuwe systemen gebruik van vliegers, windvanen die gemaakt zijn van composieten of opblaasbaar zijn, terwijl sommige zelfs de romp van het schip zelf als zeil gebruiken. GeCheng Zha, een professor in lucht- en ruimtevaarttechniek en directeur van het Aerodynamics and Computational Fluid Dynamics Lab aan de University of Miami College of Engineering, gebruikt een variant op de Flettner-rotors die in de jaren 1920 werden ontwikkeld.

Renaissance

Flettnerrotors zijn grote roterende cilinders die aerodynamische stuwkracht produceren onder een rechte hoek ten opzichte van de lucht die eroverheen gaat. De CoFlow Jet cilinders die Zha heeft ontwikkeld draaien niet. Uit de wind die over de cilinders gaat, wordt een beetje lucht aangezogen, die vervolgens onder druk wordt gezet en door een uitlaat weer vrijkomt. Hierdoor ontstaat een druk-onbalans die voor een aanzienlijke hoeveelheid stuwkracht zorgt over de gehele lengte van de cilinders.

Volgens Zha zorgt dit voor een zeer effectief windvoortstuwingssysteem dat 100% van de benodigde stuwkracht kan leveren om het schip voort te bewegen. In tegenstelling tot het Flettner-systeem zijn er geen draaiende onderdelen en kan het een brandstofbesparing opleveren tot 50% voor grote vrachtschepen en 90% voor kleine schepen. Bijkomende voordeel is dat het systeem achteraf op bestaande schepen kan worden gemonteerd en dat de cilinders kunnen worden ingetrokken om de haven in en uit te varen.

Wind-ondersteunde aandrijving wordt zo weer een efficiënt en milieuvriendelijk alternatief voor dieselmotoren. De scheepvaartindustrie is verantwoordelijk voor ongeveer 3% van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen. Dat kan op deze manier fors worden verminderd.