Elektrificatie van de scheepvaart
De scheepvaart is niet de schoonste vorm van mobiliteit. Gelukkig komen er steeds meer maritieme batterijen, zodat de sector kan elektrificeren. Je ziet ze vooral op ‘werkboten’: sleepboten en kraanschepen. Maar ook steeds meer rondvaartboten en passagiersferry’s in het openbaar vervoer hebben een elektrische voortstuwing gekregen. In de binnenvaart en zeevaart wordt inmiddels al veel aan elektrificatie gedaan. Bij deze beroepsvaart gaat het veelal om hybride systemen, waar de batterijen in combinatie met een dieselgenerator of zelfs een brandstofcel op waterstof werken. Het levert een aanzienlijke bijdrage aan de CO2-reductie.
Het eerste vaartuig dat elektrisch voer was de onderzeeër. Dat was ook het enige vaartuig dat baat had bij het gewicht van de batterijen. De batterijen leverden energie en zorgden tevens voor de nodige balast om te kunnen duiken.
Grote afstanden
“Het probleem met de zeevaart en in mindere mate de binnenvaart zit in de grote afstanden, waardoor je zoveel batterijen moet meenemen dat je veel minder laadruimte overhoudt”, zegt Jelle Meindertsma, Sales Manager bij EST-Floattech. Dit bedrijf in Badhoevedorp houdt zich bezig met het ontwerpen, de assemblage en de certificering van maritieme batterijsystemen. Daar komt ook een batterijmanagementsysteem, de metalen behuizing van de batterijen en het aanbrengen van stroom- en datakabels bij.
De basis, de lithiumcellen, worden geleverd door een leverancier in Zuid-Korea. De lithiumcellen zitten in modules die als complete systemen in schepen kunnen worden geplaatst. Een batterijsysteem bestaat uit meerdere modules met een batterijmanagementsysteem. Op de foto bij dit verhaal zie je bijvoorbeeld 52 modules. Als je één module zou openmaken zie je dat die is opgebouwd uit 14 lithiumcellen.
Jachten
EST-Floattech begon tien jaar geleden als start-up met drie man en heeft nu veertig mensen in dienst, plus vijf openstaande vacatures. “Wij leveren nu voornamelijk aan kleine en middelgrote commerciële schepen.’’
In het begin leverde het bedrijf vooral aan grote jachten. Meindertsma noemt het betreden van de ‘batterijkamer’ op zo’n schip indrukwekkend. “Je loopt tussen de kasten door en hoort alleen gezoem. Echt heel anders dan het betreden van een doorsnee machinekamer. Daar heb je veel lawaai en stank. Bij een jacht is comfort heel belangrijk. Als opvarende wil je graag rust om je heen. Een generator die in de haven van Monaco op diesel ligt te dreunen is dan niet wat je wil. Zeker als er nog een dieselwalm vrijkomt. In zo’n geval is elektrificering zeer aantrekkelijk”, aldus Meindertsma. “Het was eigenlijk de eerste sector in de scheepvaart waar lithiumbatterijtechniek werd toegepast.’”
Veerboten
Daarna volgden veerboten in de havens van noordwest-Europa (Oslo, Stockholm, Gothenburg, Hamburg en Kiel). Er zijn al elektrische watertaxi’s in Rotterdam. Binnenkort varen ook de waterbussen elektrisch. De ponten op het IJ in Amsterdam zijn eveneens met batterijen uitgerust. Opladen van de batterijen gebeurt met een dieselgenerator (hybride) of een stekker. Bij volledig elektrische veerdiensten op korte routes zie je dat er tijdens stops wordt bijgeladen. Een rondvaartboot heeft vaak voldoende capaciteit voor een hele dag varen en er wordt ’s nachts geladen.
Havengelden
Elektrisch en hybride varen wordt door havens gestimuleerd door bijvoorbeeld lagere havengelden te heffen. Dat gebeurt al in Rotterdam. Meindertsma: “Het gaat in de toekomst gebeuren dat havens gaan zeggen: zonder energielabel kom je er niet in. In de cruisemarkt is die beweging al ingezet.”
Zo snel als het gaat in genoemde sectoren, zo traag verloopt het in de binnenvaart en met name de zeevaart. Dat heeft alles te maken met het volume en gewicht van de batterijen, en met de enorme afstanden die deze schepen afleggen. Een containerschip van Sjanghai naar Glasgow is lang onderweg zonder ergens aan te leggen.
“Wil je zo’n schuit elektrisch in de vaart houden dan heb je gigantisch veel ruimte nodig voor de batterijen. Zou je dat doen dan heb je zoveel ruimte op het schip nodig dat je verder niets mee kunt nemen,’’ zegt Syb ten Cate Hoedemaker, directeur van het Noorse platform Maritime Battery Forum, waarbij zestig leden (scheepswerven, scheepseigenaars en batterijenleveranciers) zijn aangesloten.
Zeeschepen
Toch varen momenteel wereldwijd al zeshonderd zeeschepen elektrisch of hybride. Dat is ongeveer 0,5 procent van de complete wereldvloot. Een aantal van die schepen is voorzien van batterijen van EST-Floattech. Om het probleem van het enorme gewicht aan batterijen op te lossen, zijn het vooral kleinere schepen die voor elektrificatie in aanmerking komen. Deze varen immers niet in één keer een hele reis, maar maken tussenstops in diverse havens om goederen te laden en lossen. Op die momenten kunnen dan ook de batterijen worden opgeladen.
Korte afstanden
Volgens Meindertsma is volledig elektrisch varen vooral geschikt voor schepen die steeds korte afstanden afleggen en lokaal of op vaste routes varen, zoals rondvaartboten, cruiseschepen of werkboten in een haven. Binnenvaartschepen of containerschepen die langere afstanden afleggen zijn veel minder geschikt voor elektrisch varen, maar kunnen wel degelijk baat hebben bij een batterijsysteem in een hybride opstelling.
Zo heeft EST-Floattech recent een batterijsysteem geleverd voor een kustvaarder. “Dit schip vaart op een hele specifieke vaste route waar het in een bepaald gebied niets mag uitstoten, legt Meindertsma uit. “Daar wordt dan overgeschakeld op elektrisch. Ook kan de haven elektrisch aangedaan worden. Omdat het een vaste haven betreft, is er voor het schip ook een oplaadfaciliteit gemaakt. Dit is belangrijk, anders ga je de batterijen laden met een dieselgenerator en verplaats je de emissies naar zee.”
Brandende batterijen
Wat de zeescheepvaart mede afremt in de transitie van varen op fossiele brandstof naar elektrisch is de veiligheid. Rederijen moeten er niet aan denken dat de batterijen midden op de oceaan gaan smeulen, roken of – erger nog – branden. Een elektrische auto die in de fik vliegt dump je op de vluchtstrook, maar zie maar eens een brandend schip te redden.
Syb ten Cate Hoedemaker van het Maritime Battery Forum is er alles aan gelegen de vrees voor brandende batterijen op schepen weg te nemen. “Ik begrijp het schrikbeeld van een brand op open zee wel. Maar de kans hierop is echt bijzonder klein”, zegt hij. “De brand blijft beperkt tot 1 cel. Die brandt eventueel gecontroleerd uit. Een maritieme batterij moet voldoen aan strenge eisen, anders mag deze niet op een schip worden gebruikt. Onderdeel van die certificering is brandveiligheid. De cellen moeten dusdanig van elkaar geïsoleerd zijn dat er geen kettingreactie kan ontstaan.”
Een maritiem batterijsysteem weegt zo’n 10 kilo per kWh. en gaat ongeveer 10 jaar mee. Voor brandveilige systemen is extra materiaal nodig en dat kost gewicht, ruimte en geld. De software van het batterijmanagement zorgt dat de batterij binnen de veilige grenzen werkt en niet te warm wordt. Gaat het onverhoopt toch mis dan komt er hardware in actie en sluit het systeem als een soort stoppenkast af. Aan lithium batterijen op land worden minder strenge eisen gesteld.
Hybride aandrijfsystemen
Het grootste deel van de schepen is niet geschikt om alleen op batterijen te laten varen. Hiervoor is de energiedichtheid niet hoog genoeg. Daarentegen kan wel ieder schip baat hebben bij het toepassen van een batterij in een hybride aandrijfsysteem. Op dit moment gebeurt dit met name in combinatie met dieselgeneratoren, maar dit zal in de toekomst gaan verschuiven naar systemen met alternatieve brandstoffen zoals waterstof, ammonia of methanol.
“Op dit moment vlakt de batterij-ontwikkeling wat af,” vertelt Meindertsma. “We zitten aan het optimum van de capaciteiten van lithium batterijtechniek. Er moet eigenlijk een nieuwe superbatterij worden uitgevonden.’’
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
