Schepen varen gladjes op lucht

Nieuwe technieken om schepen te stabiliseren, maken een oud idee interessant. Doe lucht in een flinke holte onderin de romp en het schip glijdt soepeler over het water....

SCHEEPSEIGENAREN kunnen veel geld verdienen met alleen maar lucht. Ze hoeven slechts flinke luchtbellen te laten in compartimenten onderin een scheepsromp - bijvoorbeeld een tanker of een cruiseschip - en ze kunnen tientallen procenten aan brandstof besparen.

Deze zogeheten 'luchtsmering' berust - zolang de lucht niet ontsnapt - op het principe dat een voorwerp in lucht aanzienlijk minder weerstand door wrijving ondervindt dan in water. Het Maritiem Research Instituut Nederland (Marin) in Wageningen gaat de komende drie jaar met behulp van simpele modellen de basisgegevens uitzoeken.

Neem een beker, en druk die op zijn kop in een bak met water. De lucht in de beker zal iets worden samengedrukt; er ontstaat een soort verend luchtkussen. Zo werken luchtkamers onder een schip ook. Ze reduceren het contactoppervlak tussen de stalen scheepshuid en het water; in plaats van staal schuift er lucht over het water. Dat resulteert in aanzienlijk minder wrijving.

De techniek lijkt in haar eenvoud geniaal, en tegelijkertijd triviaal. Waarom is die niet al veel eerder toegepast? Omdat, zegt dr. ing. Cornel Thill van het Marin, die luchtbellen op hun plaats moeten blijven, niet mogen ontsnappen. Dat bewerkstelligen is geen sinecure. Neem die beker in een waterbak: een lichte beweging en de lucht ontsnapt en de beker vult zich met water.

Bij een schip is dat niet anders. Een kleine beweging, zeker op volle zee tijdens storm met veel golfslag en deining, is voldoende om de luchtkamer met water te vullen. Is alle lucht verdwenen en is de kamer met water gevuld, dan geeft dat juist extra weerstand. In plaats van de beoogde brandstofbesparing zal het schip juist extra diesel gebruiken.

Er zal, zegt Thill, altijd wel wat lucht uit de kamers ontsnappen. Een schip met luchtsmering krijgt daarom compressoren die ter compensatie van het weglekken nieuwe lucht de kamers in persen. Geavanceerde technieken, zoals computergestuurde stabilisatievinnen, kunnen de heen-en-weer-beweging van het schip compenseren, waarbij de kans vermindert dat de lucht uit de kamers onder het schip ontsnapt. Stabilisatievinnen zijn kleine dwarsvleugels op de zijkant van het schip, die heen en weer klappend het schip zoveel mogelijk in horizontale positie houden. Die technieken zijn pas recent voorhanden, zegt Thill en daarom is dat oude idee van luchtbellen onderin mogelijk nu wel toepasbaar.

Luchtsmering, interessant vanwege de wrijvingsreductie, is nog een van de weinige mogelijkheden om iets aan brandstofbesparing te doen. Schepen die op dit moment in de vaart komen, hebben meestal al een optimale vorm. De vorm is een andere, belangrijke factor die wrijving veroorzaakt, bij lage snelheid. Bij hoge snelheid beginnen ook nog eens de golven die het schip opwekt, tegen te werken.

Helemaal nul is de kennis op gebied van luchtsmering niet. De afgelopen twintig jaar is er in Rusland veel modelonderzoek gedaan. Er vaart zelfs nog een aantal binnenvaartschepen met luchtkamers in de bodem, zegt Thill. Europese en Amerikaanse werven hebben volgens hem op dit gebied een achterstand.

Het gebruik van luchtsmering is in de jaren tachtig één keer op een Nederlands binnenvaartschip uitgeprobeerd. Dat kreeg geen luchtkamer geïntegreerd in de bodem, maar een die tegen de onderkant was aangeplakt, in de vorm van enkele schotten. Wanneer zo'n luchtkamer niet werkt, is die er gemakkelijk weer af te slopen, was de redenering van werf Tille Shipyards in het Friese Kootstertille.

De vermogensreductie, ofwel de brandstofbesparing, zou 30 tot 40 procent bedragen, zo was berekend op basis van modelproeven met een ingebouwde luchtkamer in de sleeptanks van Marin. In de praktijk van het binnenvaartschip bleek dat niet meer te zijn dan 10 tot 15 procent. De schotten zijn daarop verwijderd; het binnenvaartschip Myriam vaart nog steeds op de Rijn.

Een mislukking dus die techniek? Welnee, zegt Thill. De schotten aan de onderkant hebben de stroomlijning van het schip verstoord. Bovendien was het beter geweest wanneer er meerdere, vermoedelijk drie, luchtkamers waren geweest, in plaats van één grote. De kans dat er veel lucht in één keer zal ontsnappen, is dan kleiner. Bovendien zijn de problemen bij het manoeuvreren minder, en verloopt het laden en lossen gemakkelijker. De basiskennis voor een goede uitvoering ontbrak indertijd, is de analyse van Thill nu.

Het plan is de komende jaren met houten modellen van verschillende grootte, eerst van twee dan van zes meter, daarna van twaalf, te experimenteren in de sleeptanks van het Marin. Dat gebeurt in het kader van het EET-technologieprogramma van de overheid. Er is daarvoor tweeënhalf miljoen gulden beschikbaar. Ook scheepswerven Bodewes, Damen, DK-group, Van der Giessen-de Noord en Grave werken aan het onderzoek mee.

In de waterbassins zal het gedrag in zowel rustig (rivier)water als in opzwiepend Noordzeewater worden bestudeerd. De proeven moeten uiteindelijk resulteren in een experiment op ware grootte. Daarvoor zal waarschijnlijk een bestaande duwbak worden verbouwd. Die bak, volgehangen met meetapparatuur, krijgt een duwboot achter zich.

Deze proeven moeten gegevens opleveren over de verminderde wrijvingsweerstand van een schip, afhankelijk van de grootte van de luchtkamers, de vorm en het aantal. De fundamentele kennis die zo wordt opgedaan, is op termijn te gebruiken bij het ontwerpen van schepen. Het betreft zowel een theoretische verdieping als het ontwikkelen van geavanceerde computersoftware waarmee scheepsontwerpen geoptimaliseerd kunnen worden. Vervolgens zal er naar de scheepsconstructie moeten worden gekeken. Luchtkamers hebben een dempend effect waardoor de constructie mogelijk wat lichter is uit te voeren, verwacht Thill.

Luchtsmering zal waarschijnlijk het eerst worden toegepast bij binnenvaartschepen. Zij ondervinden weinig hinder van golfbewegingen. De kans op ontsnappende lucht uit de luchtkamers is dan gering. Compenserende maatregelen zoals stabilisatievinnen hoeven nog niet zo geavanceerd te zijn.

In opdracht van een ontwerpbureau - de DK Groep, van origine een Deens bedrijf - werkt het Marin aan een ontwerp voor verschillende schepen. Sommige daarvan kunnen, als alles meezit, binnen enkele jaren in de vaart zijn, zegt Thill. 'Na toepassing bij binnenvaartschepen, zullen luchtkamers worden geïntegreerd in het ontwerp van snelle veerboten en containerschepen, over vijf à tien jaar.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden