Fossielvrij varen

Gepubliceerd op 19 september 2023

Elke oplossing kent uitdagingen

Het enorme aanbod aan boten met elektrische voortstuwing is niemand ontgaan. Veel werven lopen warm voor een fossielvrije toekomst. Maar hoe gaat die toekomst er eigenlijk uitzien? En waar staan we in de ontwikkelingen op het gebied van fossielvrij varen? Welkom in de wondere wereld van kilowatts, brandstofcellen en CO^₂-reductie.

Door Yvonne Zwaan

Met de Soel Senses 62 kun je geheel onafhankelijk van walstroom fossielvrij varen, mits je niet meer dan 36 zeemijl per dag vaart bij een snelheid van 6 knopen.

Met name in het segment sloepen en tenders is het aanbod elektrisch varende boten de afgelopen jaren explosief gegroeid. Maar is het varen op accu’s eigenlijk wel de oplossing als het gaat om een fossielvrije toekomst? Hoe zit het met de ontwikkelingen omtrent de toepassing van waterstof, methanol en HVO? We leggen deze vragen voor aan SEFFF: Stifting Elektrysk & Fossylfrij Farre Fryslân. Deze stichting werd in 2008 opgericht met als doel het fossielvrij varen in Friesland te stimuleren. Inmiddels heeft de stichting een schat aan kennis opgebouwd die ook buiten de grenzen van deze waterrijke provincie is te benutten. Als we ergens terecht kunnen voor een onafhankelijke kijk op fossielvrij varen, is het wel bij deze partij. We spreken af met voorzitter Ale Bok en technisch bestuurslid Gert Colenbrander bij een van de gespecialiseerde adviseurs van de stichting, André Kuijt van AK Maritime Service in Bolsward.

Elektrisch varen

“Om antwoord te geven op je eerste vraag: ja en nee”, reageert Gert op onze eerste vraag. “Voor motorboten tot een meter of tien met een kruissnelheid die niet hoger is dan 70 procent van de rompsnelheid is volledig elektrische voortstuwing uitermate geschikt. De benodigde accucapaciteit is dan zeer acceptabel. Deze boten worden uitgerust met een 24 of 48 volt installatie, die via een walstroomaansluiting van 16 ampère is op te laden.” Om aan te geven wat dat in de praktijk betekent, geeft André het volgende rekenvoorbeeld: “Stel, je hebt een 16 ampère walstroomaansluiting. Die levert een vermogen van 16 A x 220 V = 3.500 W = 3,5 kWh. Dat betekent dat je in acht uur tijd 8 x 3,5 = 28 kWh aan capaciteit kunt aanvullen.” Bij boten van een groter formaat of met een hogere kruissnelheid wordt het een ander verhaal, vervolgt Gert. “Elektrische voortstuwing van grotere motorboten en snelvarende motorboten vergt hogere vermogens en een verhoudingsgewijs flinke accucapaciteit. Om het desbetreffende batterijpakket dan in een tijd van enkele uren te kunnen laden is 32A-krachtstroom nodig en dat is nog zeer beperkt beschikbaar langs het water.” Laden via een 1-fase 16A-stopcontact gaat wel, maar zoals bovenstaand rekenvoorbeeld laat zien kost dat veel tijd.

Is elektrisch varen fossielvrij?

Elektrisch varen is pas echt ‘groen’ als de stroom waarmee je de accu’s laadt is opgewekt door wind, biomassa, waterkracht of zon. Het grootste deel van de stroom die via ons elektriciteitsnet wordt geleverd, wordt nu nog geproduceerd door verbranding van fossiele brandstoffen. Het aandeel groene energie neemt wel stap voor stap toe. Zelf kun je daar een steentje aan bijdragen door zonnepanelen op de boot te plaatsen. Naast de stroom is uiteraard ook de productie van een accu niet geheel fossielvrij. Maar welk type accu is de meest verantwoorde keuze? Volgens Andre Kuijt is dat de lithium accu. “Dit type accu is inmiddels voor zo’n 90 procent recyclebaar. Daarnaast gaat een lithium accu 2.000 ontladingscycli mee, wat drie keer zoveel is als een loodzuur accu. Daar komt nog bij dat een lithium accu dieper ontladen kan worden, waardoor je meer capaciteit per accu tot je beschikking hebt. Kies je voor een lithium accu van een goede kwaliteit, dan is deze voorzien van een BMS (Battery Management System) dat de cellen bewaakt en ervoor zorgt dat de accu op de juiste manier wordt geladen en ontladen.” Andre adviseert daarnaast het type LFP (lithium-ijzer-fosfaat), dat stukken veiliger in gebruik is dan de conventionele lithium-ion accu. In dit type accu wordt ook niet de omstreden grondstof kobalt toegepast.

Laadvoorzieningen

Volgens Gert zijn nog maar weinig jachthavens ingericht op de toekomstige vraag naar laadvoorzieningen met hogere laadvermogens. “Sterker nog, zelfs lang niet overal is 16 ampère voorhanden! Hier zal de komende jaren een vernieuwingsslag in gemaakt moeten worden.”

Ale weet te vertellen dat er bij de provincie Friesland onlangs een motie is aangenomen om een aantal laadpunten van 32 ampère te installeren. Die zouden op strategische punten langs de Elfstedenroute moeten komen. Daarnaast is het bedrijf Aqua SuperPower onlangs een samenwerking aangegaan met Delphia Yachts, om een netwerk van hoogvermogen laadpunten uit te rollen langs de Europese binnenwateren. Zie hierover ook het testverslag van de Delphia 10 Lounge Electric elders in dit nummer. Gert verwacht dat het Britse bedrijf tijdens deze missie diverse hobbels in de weg zal tegenkomen, omdat het elektriciteitsnet lang niet overal geschikt is voor de installatie van dergelijke laadstations. “Dat zal dus een kwestie worden van lange adem”, concludeert hij.

Aqua SuperPower wil een netwerk van superchargers langs de Europese binnenwateren uitrollen.

Zelfvoorzienend

Ondanks de beperkingen die er op dit moment nog zijn met betrekking tot hoog vermogen elektrische aandrijvingen zijn er genoeg partijen bezig met de ontwikkeling van volledig elektrisch varende motorboten van boven de tien meter en met een hogere kruissnelheid dan 70 procent van hun rompsnelheid. Een voorbeeld hiervan is het in Delft gevestigde Soel Yachts, dat elektrisch varende motorcatamarans in de markt zet voorzien van een in eigen huis ontwikkelde voortstuwingsinstallatie. Volgens Soel Yachts-grondlegger David Czap is zijn systeem het meest efficiënte op de markt, door de doordachte manier waarop energieverlies tussen accu, motor en aandrijving tot een minimum is beperkt. “Onze powercats worden vanaf de eerste schets toegespitst op het varen op elektrische voortstuwing”, legt David uit. “Dat vertaalt zich onder meer naar een lichtgewicht romp met een onderwaterschip dat zo min mogelijk weerstand door het water oplevert en een optimale gewichtsverdeling aan boord.” Onder de naam Naval DC heeft David een tweede bedrijf opgericht, gespecialiseerd in de ontwikkeling en productie van geavanceerde elektrische voortstuwingssystemen waarbij een integrale aanpak de sleutel vormt. “Door alle componenten die bij het aandrijfsysteem betrokken zijn naadloos op elkaar af te stemmen voorkom je onnodig energieverlies”, aldus David. “Bij elektrische voortstuwing is dat veel belangrijker dan bij verbrandingsmotoren, omdat 1 kg aan accuvolume een energiedichtheid heeft van slechts 0,2 kWh tegenover 13 kWh van 1 kg diesel. Dat verklaart waarom je met een tank vol diesel veel verder komt dan varend op accu’s. Daarentegen gaat er van die 13 kWh zo’n 80 procent verloren in de mechanische overbrenging van motor naar propeller, terwijl een elektrische aandrijving een efficiëntie heeft van zo’n 40 procent. Wij proberen het gat in vaarbereik tussen diesel en elektrisch te verkleinen door meer efficiëntie uit de romp en het operationele profiel van de boot te knijpen en boot en techniek volledig op elkaar af te stemmen.” Het nieuwste model van de werf is de Soel Senses 62. Deze 18,80 meter lange powercat kan volledig onafhankelijk van walstroom 36 zeemijl per dag varen bij een snelheid van 6 knopen. De zonnepanelen op de T-top boven de flybridge en op het kajuitdak laden de accu’s in een kleine twee dagen weer volledig op. Wil een eigenaar een grote overzeese oversteek maken, dan is er een superzuinige DC dieselgenerator aan boord als range-extender. David gelooft stellig dat elektrisch varen de toekomst wordt. “De vraag is alleen nog wat de belangrijkste bron voor het opwekken van elektriciteit gaat worden en hoe we die elektriciteit gaan opslaan. Wat dat betreft heb ik mijn hoop gevestigd op accu’s, die steeds beter worden en de komende jaren naar verwachting nog flink aan energiedichtheid en levensduur gaan winnen.”

AK Maritime Service is gespecialiseerd in het elektrificeren van boten.

Hydrofoils

Bij Edorado in Dordrecht hebben ze zich toegelegd op het ontwikkelen van snelvarende elektrische boten voorzien van foils. Volgens Edorado zijn hydrofoils het antwoord op het op hoge snelheid over een langere afstand volledig elektrisch kunnen varen. Edorado is net als Soel Yachts meer een technologiebedrijf dan een werf en werd in 2015 opgericht door Giel Groothuis en Godert van Hardenbroek. Inmiddels wordt er uitvoerig getest met het prototype van de Edorado 8S, het eerste volautomatisch foilende plezierjacht van Edorado dat tijdens de Cannes Boatshow later dit jaar in première zal gaan. “Een boot is gewichtsgevoelig”, vertelt Godert. “Je hebt veel minder energie nodig om een auto te laten rijden dan om een boot door het water te duwen. Met foils reduceer je de weerstand door het water met 70 procent, wat betekent dat je ongeveer drie keer zo ver komt met dezelfde hoeveelheid energie. Wij verwachten dat alle snelvarende elektrische boten uiteindelijk overgaan op foiltechnologie. Eenvoudig is dat echter niet, want een boot op foils is ‘intrinsiek instabiel’, zoals wij dat noemen. Om van een boot met hydrofoils een veilig consumentenproduct te maken is dus veel technisch vernuft nodig, waarbij sensoren, gyro’s en algoritmen ervoor zorgen dat alles volautomatisch werkt en het systeem zich voortdurend aanpast aan de omstandigheden. Twintig jaar geleden was dit nog niet mogelijk geweest, maar inmiddels zijn de componenten die hiervoor nodig zijn betaalbaar genoeg om op bredere schaal toe te passen.” Het prototype van de Edorado 8S heeft een bereik van 40 zeemijl bij een kruissnelheid van 25 knopen. Het uiteindelijke productiemodel zal hogere cijfers laten zien, omdat deze volledig van carbon wordt gemaakt.

De Edorado 8S.

De Edorado draagvleugel en aandrijving.

Waterstof

Als we een kijkje buiten de watersport nemen, gebeurt er op het gebied van waterstof op dit moment ook heel veel. Zo wordt bij fabrikanten van grote dieselmotoren intensief getest hoe deze machines kunnen worden aangepast om ze te laten functioneren op waterstof. De eerste resultaten laten zien dat dit relatief gemakkelijk gaat, waarna de motoren lopen op een mengsel van 20 procent diesel en 80 procent waterstof. Toch zal het naar verwachting nog jaren duren voordat ook de voortstuwingsmotoren in onze boten hierop kunnen worden aangepast, als dit al gaat gebeuren. Een van de redenen hiervoor is dat er nog niet voldoende waterstof wordt geproduceerd om alle sectoren die hierom zitten te springen ervan te voorzien. Bovendien is voor de productie van waterstof elektriciteit nodig, die vaak nog niet fossielvrij wordt opgewekt. Ook een goede infrastructuur langs wegen en wateren ontbreekt. Opslag vormt namelijk een andere uitdaging. Waterstof is een gas met een heel lage dichtheid, waardoor het veel ruimte inneemt. Door waterstof onder hoge druk te brengen kan het compacter worden opgeslagen. Daar kleven echter ook risico’s aan. Bovendien is waterstof al in heel lage concentraties brandbaar. Dat stelt dus hoge eisen aan de voorzieningen rondom opslag en transport van het gas. Gert Colenbrander van SEFFF concludeert dan ook dat het voor de toepassing in de pleziervaart logischer is om waterstof in een brandstofcel om te zetten in elektriciteit in plaats van het als brandstof in een dieselmotor te gebruiken.

Elektrische voortstuwingsinstallatie van Naval DC.

Brandstofcel

Met een brandstofcel heb je je eigen energiecentrale aan boord. De brandstofcel kan waterstof omzetten in elektriciteit, waarmee het accupakket kan worden geladen. Zo ben je onafhankelijker van laadpunten aan de wal en kun je de actieradius van je boot vergroten. Echt efficiënt vinden de meeste experts die wij spreken de brandstofcel niet. Je hebt immers eerst elektriciteit nodig om via elektrolyse waterstof te maken en vervolgens maak je van die waterstof weer elektriciteit. In dat hele proces gaat volgens David Czap van Soel Yachts zo’n 2/3 aan energie verloren.

Cees van Bladel van H2 Marine Solutions stelt daar tegenover dat er in de hele keten van bron tot voortstuwing van fossiele brandstoffen eveneens sprake is van veel energieverlies. “Denk alleen maar aan de tankers die de ruwe olie naar raffinaderijen vervoeren”, aldus Cees. “Waterstof kun je overal maken.” H2 Marine Solutions past brandstofcellen op waterstof toe in elektrische aandrijflijnen op boten. Met Koedood, HyFly, Habbeké en De Stille Boot als participanten en in nauwe samenwerking met partijen als TU Delft, Rijksrederij en Watersportverbond heeft de start-up een 6,80 meter lange RIB die wordt ingezet als coachboat in de wedstrijdzeilsport voorzien van zo’n installatie. De BMW i3 accu met een capaciteit van 40 kWh voedt de Torqeedo buitenboordmotor van 50 kW. In een tank van 120 liter is onder een druk van 700 bar 4 kg waterstof te vervoeren, waar via twee brandstofcellen 50 kWh elektriciteit is op te wekken. Daarmee kun je 50 minuten varen op 25 knopen en ruim 5 uur varen op 6,5 knopen. “Hiermee voldoet de RIB aan het vaarprofiel van een coachboot”, aldus Cees. “Met accu’s alleen lukt dat niet, dan wordt de boot te zwaar.” Voor het tanken van waterstof wordt de RIB op een trailer gezet en naar een tankstation langs de weg gereden met een waterstofpomp. “Binnenkort kunnen we de RIB ook vanaf het water tanken”, weet de ondernemer. “Onder de naam Zephyros verreist er in Den Helder een tankstation waar ter plekke waterstof wordt geproduceerd uit energie afkomstig van zonnepanelen.” Overigens verwacht Cees niet dat waterstof al op korte termijn zijn intrede zal doen in de pleziervaart. “De kosten van zo’n installatie met brandstofcel zijn simpelweg nog te hoog en de beschikbaarheid van waterstof is te beperkt. De beroepsvaart zal het als eerste gaan gebruiken.”

De RIB op waterstof van H2 Marine Solutions.

Naast brandstofcellen op waterstof bestaan er ook brandstofcellen op methanol. “Een groot voordeel van methanol ten opzichte van waterstof is de betere beschikbaarheid en het feit dat het eenvoudiger en veiliger is te vervoeren en op te slaan”, aldus André. “Het nadeel is dat het omzetten van elektriciteit uit methanol ingewikkelder is, waardoor zo’n brandstofcel duurder is. Bovendien komt er bij dit proces CO₂ -vrij.” Methanol wordt ook gezien als een mogelijke vervangende brandstof voor benzine. Een beperkende factor vormt hier de lagere temperatuur waarop deze stof ontbrandt, wat het bij kou lastig kan maken de motor te starten. De hoeveelheid energie die bij de verbranding van methanol vrijkomt is kleiner dan bij waterstof.

HVO

Elektrische voortstuwing lijkt dus vooralsnog voor waterverplaatsende boten tot ongeveer tien meter de oplossing als het gaat om zo uitstootarm mogelijk varen. Maar wat als je een grotere motorboot hebt, of een snelvarend jacht? Daar lijkt op korte termijn nog niet echt een passend alternatief voor te zijn. “Toch wel”, reageert Ale. “HVO is op dit moment laaghangend fruit. Met HVO100 (Hydrotreated Vegetable Oil) reduceer je de uitstoot van CO₂ die een fossiele oorsprong heeft met 90 procent.” Aan de productie van HVO komen geen fossiele grondstoffen te pas. De brandstof wordt gemaakt van plantaardige olie, frituurvet of dierlijk vet afkomstig van de voedingsmiddelenindustrie en restaurants. In Nederland is afgesproken dat voor de productie van HVO geen grondstoffen worden geproduceerd. Ale kan echter niet beloven dat als het gebruik van HVO een vlucht neemt en het ook vanuit het buitenland zal worden geïmporteerd, deze groene productiemethode te handhaven is. In Friesland is HVO op een zevental plaatsen langs het water verkrijgbaar, maar in de rest van het land slechts zeer beperkt. Bij tankstations langs de weg kun je wel op diverse plaatsen je jerrycans voor de boot vullen.

Hybride voortstuwing in de Boarncruiser E1280 Hybrid.

Voordat je overstapt op HVO is het wel raadzaam na te gaan of eventuele brandstofslangen en pakkingen dienen te worden vervangen. Door de aromaten in gewone diesel zwellen rubber afdichtingen namelijk op. Die aromaten ontbreken in HVO, waardoor de afdichtingen kunnen krimpen naar hun oorspronkelijke staat, met mogelijk kleine lekkages tot gevolg. In het oktobernummer en novembernummer van 2021 publiceerde Motorboot twee uitgebreide artikelen over HVO en andere alternatieven voor diesel.

Akylaatbenzine

Ook de uitstoot van schadelijke stoffen van de buitenboordmotor is eenvoudig te verminderen door in plaats van benzine E5 of E10 een synthetische brandstof te gebruiken. Akylaatbenzine is zo’n brandstof en bevat minder schadelijke stoffen. De schonere verbranding van akylaatbenzine brengt minder schade toe aan het milieu en biedt bovendien voordelen voor de conditie van de buitenboordmotor. Omdat akylaatbenzine vele jaren houdbaar is en niet ‘gomt’ is de brandstof bij uitstek geschikt voor motoren die weinig en soms langere tijd niet worden gebruikt. Navraag bij Jan-Cees Korteland van Korteland Watersport leert ons dat de toepassing van synthetische benzine in de watersport nog in de kinderschoenen staan. “Voor kleine viertaktmotoren die voor een periode langer dan zes weken niet worden gebruikt adviseren wij nu al akylaatbenzine te gebruiken. Deze brandstof is wat duurder, maar het bespaart je de onderhoudskosten als de motor als gevolg van bedorven benzine niet meer start. Ook grotere motoren zetten wij in de wintermaanden na het uitvoeren van onderhoud weg op akylaatbenzine. Zo voorkom je problemen aan het begin van het seizoen.”

Hybride varen

Wie nog een stapje verder wil gaan in het ‘schoner’ varen met zijn motorboot kan naast het tanken van HVO overwegen zijn voortstuwingsinstallatie uit te breiden met een elektromotor. “Met een hybride installatie kun je in steden en natuurgebieden tijdelijk overschakelen op elektrisch varen en zo de plaatselijke vervuiling verminderen”, aldus Ale. “Tijdens het varen op de dieselmotor laad je dan de accu’s met de elektromotor weer op. Dit vergt een minder grote investering dan volledig overstappen op elektrisch varen en het bereidt je schip voor op een toekomst waarin mogelijk in steeds meer gebieden voortstuwing op fossiele brandstoffen aan banden wordt gelegd.”

Met het volledig verdwijnen van verbrandingsmotoren lijkt het vooralsnog niet zo’n vaart te lopen. Zo is onlangs vastgesteld binnen de Europese Unie dat vanaf 2035 auto’s met verbrandingsmotoren nog steeds mogen worden verkocht, mits de brandstof waarop ze rijden niet voor CO₂-uitstoot van fossiele oorsprong zorgt. Dit geeft de pleziervaart op fossiele brandstof ook meer tijd. Waarschijnlijk maken in die periode de synthetische brandstoffen zoals HVO evenals de accu’s nog een flinke innovatieslag, worden ze beter verkrijgbaar en voordeliger in gebruik. Fossielvrij varen is het niet maar ze vormen hierdoor op termijn een reëel alternatief voor de fossiele brandstoffen van nu. 

Mogelijk interessante artikelen