Het revolutionaire voortstuwingssysteem van O-foil beperkt de brandstofemissies met wel 50% | IDCM
Nood aan innovatie op de binnenvaart
De binnenvaart werd altijd al beschouwd als een milieuvriendelijke vervoerswijze. Het energieverbruik van de vervoerde goederen per km/ton bedraagt ongeveer 17% van dat van het vervoer over de weg en 50% van dat van het spoorvervoer. Uit recente studies is echter gebleken dat wanneer het om brandstofemissies gaat, het verschil tussen het wegvervoer en de binnenvaart steeds kleiner wordt. Volgens een verslag dat begin dit jaar werd opgesteld namens het directoraat-generaal Vervoer van de Europese Commissie produceert de binnenvaart voor bepaalde routes, soorten vracht en groottes van vaartuigen nu al hogere niveaus van luchtverontreinigende emissies dan het vervoer over de weg. Tenzij er ernstige maatregelen worden getroffen, zullen de traditionele milieuvoordelen van de binnenvaart in de toekomst nog verder verloren gaan. Het revolutionaire voortstuwingssysteem van O-foil, dat de brandstofemissies met wel 50% vermindert, komt dan ook op een bijzonder geschikt moment.
Innovatie geïnspireerd door dolfijnen
Veel van de grootste innovaties aller tijden kwamen tot stand door de natuur te observeren en te bestuderen. Deze wetenschap wordt ook wel biomimiek genoemd. Het begon misschien met het bestuderen van vogels tijdens de vlucht, maar het leidde wel tot een vliegtuig. Zo kunnen veel van de oplossingen die nodig zijn om technologieën te ontwikkelen die minder schadelijk zijn voor het milieu, ook in de natuur worden gevonden. Een mooi voorbeeld daarvan is O-foil, opgericht door Bas Goris. Hij vond de inspiratie voor zijn systeem in de vloeiende, efficiënte zwembeweging van dolfijnen. "Al eeuwenlang bestuderen wetenschappers en biologen de zwembeweging van vissen, walvissen en dolfijnen. Ze letten met name op de bewegingen van de vleugel, of de vinnen, waarmee deze dieren zich voortbewegen in het water. Ik heb dat altijd erg boeiend gevonden", zegt Goris, die daarom zelf ook uitgebreid onderzoek ging verrichten op dit gebied. "Na enig onderzoek kwam ik tot de conclusie dat hoewel het misschien niet mogelijk is om een dolfijn in zijn geheel te imiteren, ik wel kon proberen om de beweging van de vinnen van de dolfijn na te bootsen", vervolgt Goris. Uit dat idee ontstond in 2008 O-foil.
Tekening schip met ingebouwd O-foil-voortstuwingssysteem. © O-foil
Een revolutionair systeem dat het milieu respecteert
Als je de beweging van de vinnen van een dolfijn die door het water glijdt bekijkt, zie je duidelijk dat het de oscillerende (op- en neergaande) beweging van de vinnen is die de dolfijn voortstuwt. Daar haalt O-foil ook zijn naam: 'foil' is de wetenschappelijke term waarmee de vinnen in het Engels worden aangeduid. Het klinkt misschien eenvoudig, maar hetzelfde principe vormt ook de basis van het voortstuwingssysteem van O-foil. Goris licht toe: "Ons voortstuwingssysteem bestaat uit een brede vleugel, een hybride aandrijving en een bijpassend manoeuvreersysteem. De vleugel beweegt op en neer om stuwkracht te genereren in het water. Net zoals bij een dolfijn." Maar wat maakt het O-foil-systeem zo revolutionair? Patrick Heuts, medeoprichter van O-foil, vertelt: "Het verschil tussen ons voortstuwingssysteem en dat van een normale schroef bestaat erin dat het voortstuwingsoppervlak veel groter is, doordat onze vleugel de breedte van het schip benut. Daardoor is het systeem veel efficiënter. Onze voortstuwingstechnologie beperkt het brandstofverbruik met wel 50% wanneer ze wordt gecombineerd met de nieuwste aandrijftechnologieën. Het voortstuwingssysteem van O-foil zou een ware omwenteling kunnen teweegbrengen in de binnenvaart."
De lagere brandstofemissies zijn echter niet het enige voordeel van O-foil voor het milieu. Het systeem van O-foil beperkt ook het lawaai. Goris vertelt dat hij tijdens zijn onderzoek met biologen sprak en ontdekte dat lawaai in het water vissen wegjaagt, "aangezien vissen, zoals zalm en forel, bepaalde door lawaai veroorzaakte frequenties in het water oppikken en die gebieden vermijden. Scheepsschroeven maken vanwege het cavitatie-effect veel lawaai. Omdat ons systeem een vleugel gebruikt in plaats van een schroef, produceert het veel minder lawaai." Dat is niet alleen goed nieuws voor de vissen, maar ook voor de passagiers aan boord van het schip.
Een bijkomend voordeel van het systeem van O-foil is dat het veel minder energie vereist. Daardoor kan een schip dat dit systeem gebruikt, worden uitgerust met elektrische stroominstallaties. Elektrische stroominstallaties zijn robuuster en gaan veel langer mee, en wanneer je stroomafwaarts vaart, biedt het systeem de flexibiliteit om maar half zoveel stroom te gebruiken als normaal. Dit verbetert de efficiëntie van het schip aanzienlijk.
Het is dankzij Autodesk dat we dit milieuvriendelijke systeem kunnen ontwerpen en uitwerken.
— Bas Goris, oprichter van O-foil
Uitvaren met behulp van innovatieve software
2013 was een geweldig jaar voor O-foil, dat met succes een commercieel schip, de MS Triade, voorzag van een proefontwerp van hun voortstuwingssysteem. Goris legt uit dat deze doorbraak niet mogelijk zou zijn geweest zonder de hulp van geavanceerde software voor het maken van digitale prototypes. "Het is dankzij Autodesk dat we dit milieuvriendelijke systeem kunnen ontwerpen en uitwerken."
Net zoals bij elk succesverhaal over revolutionaire innovatie, moesten ook hier een aantal uitdagingen worden overwonnen.
"Het bouwen en installeren van ons eerste proefsysteem op de MS Triade was bijzonder spannend, maar het was ook erg lastig. Op het schip was maar weinig ruimte voor ons systeem, en ook het budget was erg beperkt. We hebben een aantal bijzonder moeilijke beslissingen moeten nemen op onbekend terrein, aangezien we een technologie aan het uitvinden zijn die nog nooit eerder werd gebruikt", zegt Goris. Heuts voegt daar lachend aan toe: "Bij de definitieve plaatsing zagen we dat we maar 3 cm over hadden!" Hoewel het systeem maar net in de ruimte paste, werkte het perfect – en de hele ervaring was van onschatbare waarde voor het team van O-foil.
Ontwerp O-foil-voortstuwer met Inventor. © O-foil
Als lid van het Autodesk® Clean Tech Partner Program had O-foil toegang tot de software voor het ontwikkelen van digitale prototypes van Autodesk. Goris vertelt: "Inventor, dat deel uitmaakt van het softwarepakket Autodesk® Product Design Suite Ultimate, speelt een essentiële rol in ons proces. Dit programma stelt ons in staat om broodnodige simulaties uit te voeren. Op basis van een schatting van de hydrodynamische krachten als input, kunnen we met Inventor de krachten op alle afzonderlijke onderdelen en op het mechanisme in zijn geheel simuleren. We vertrekken daarbij van de input van de aandrijving naar de eigenlijke draagvleugel. Inventor geeft ons vervolgens een uitsplitsing van zowel de hydrodynamische krachten als de krachten veroorzaakt door de zwaartekracht. Die informatie is van essentieel belang om te bepalen hoe we ons systeem bouwen. Nadat alle simulaties op het schaalmodel zijn afgerond, maken we ook de productietekeningen in Inventor, voor we ze naar de fabrikanten sturen." Het O-foil-team kijkt er alvast naar uit om zich in het kader van dit proces nog dieper onder te dompelen in de Autodesk-software. "Nadat we een nieuw schaalmodel hebben gesimuleerd, zullen we in Inventor nieuwe tests verrichten met nieuwe variaties en zullen we voortbouwen op de ervaringen met ons eerste schaalmodel", vervolgt Goris. O-foil is ook bezig met de aankoop van de Autodesk® Simulation CFD-software, waarmee ze de hydrodynamische krachten zullen kunnen simuleren en schatten.
Inventor, een onderdeel van het softwarepakket Autodesk® Product Design Suite Ultimate, speelt een essentiële rol in ons proces. Dit programma stelt ons in staat om broodnodige simulaties uit te voeren.
Een boeiende toekomst in het verschiet
De afgelopen vijf jaar waren een echt avontuur voor het team van O-foil: van een eerste test van hun theorie en het besef dat het systeem werkt tot de bouw van een eerste schaalmodel en de geslaagde implementatie ervan op een commercieel schip. Aangezien ondertussen duidelijk is dat hun milieuvriendelijke voortstuwingssysteem de binnenvaart grondig zou kunnen veranderen, wacht hen een boeiende toekomst.