Voith Turbo claimt grote stap vooruit bij terugdringing verbruik en CO2-uitstoot

Voith Turbo uit Heidenheim heeft een systeem ontwikkeld om energie uit de restwarmte van dieselmotoren terug te winnen. Hiermee zou de binnen- en kustvaart tot twintig procent brandstof kunnen besparen. Dat onthulde Marcel Flipse, vice-president business development van de maritieme afdeling van Voith Turbo tijdens Rotterdam Maritime.

'Dit is economisch gezien een hamerslag. Dit is een doorbraak die het brandstofverbruik en de CO2-uitstoot significant omlaag kan brengen', aldus Flipse.
De energie uit de restwarmte uit de uitlaatgassen wordt teruggewonnen door een nieuw ontwikkelde compacte, tweecilinder stoommachine, een soort double expansion motor, waarvan de zuigers om en om omhoog gaan. Het ‘SteamTrack' of ‘SteamDrive-System' is niet alleen voor de scheepvaartmarkt ontwikkeld. Het in verschillende vermogens leverbare systeem is ook geschikt voor goederentreinen en vrachtwagens. ‘Er staat een voor de maritime sector geschikte SteamDrive op de proefstand en er draait ook een SteamDrive op proef in een locomotief', zegt Flipse. ‘We willen nu twee prototypes in de scheepvaart gaan testen, één in de binnenvaart en één op een shortsea-schip. Wij verwachten dat het systeem in een te berg varend geladen binnenvaartschip een brandstofbesparing oplevert van twintig procent.'

Rekensommetje
De voor het SteamDrive-System benodigde stoom wordt opgewekt in een warmtewisselaar die in de uitlaatgassenstroom is geplaatst. De warmtewisselaar zit achter de turbo en voor de uitlaatdemper. Hij zet ongeveer dertig procent van de hitte uit het uitlaatgas om in bruikbare stoom. Daarvan zet de SteamDrive volgens Voith Turbo tweederde om in bruikbare energie.

Een eenvoudig rekensommetje leert dat je dan een rendementsverbetering van twintig procent haalt. Stel dat een goed belaste dieselmotor in een binnenschip rond veertig procent van de energie uit de gasolie omzet in voor de voortstuwing bruikbare energie. Een kleine dertig procent van de energie verdwijnt dan met het koelen van motor en smeerolie via het koelwater en met het overwinnen van de interne weerstand van de motor zelf. Ook ruim dertig procent verlaat de motor in de vorm van heet uitlaatgas. Wanneer je dertig procent van de uitlaatenergie terugwint, praat je dus over tien procent van het totaal. Wanneer tweederde daarvan effectief kan worden benut levert dat een winst op van 7% van de totale hoeveelheid verstookte energie. De efficiëntie van de motor stijgt daarmee van 40 naar 47%. Bij dit rekenvoorbeeld levert de SteamDrive een efficiëntieverbetering op van 17,5%. Bij minder efficiënt draaiende motoren of motoren kan dit percentage hoger uitvallen.

Direct op krukas
De cilinderunit van het SteamDrive systeem is van RVS gemaakt. De stoom waarmee de cilinders worden aangedreven kan een druk van zestig bar bereiken bij een temperatuur van 450 graden. Het is dus ‘droge stoom'. De achter de motor opgestelde SteamDrive wordt via een power take in met magnetische koppeling direct verbonden met de achterkant van de krukas. Wanneer de SteamDrive op toeren komt wordt de magnetische koppeling bekrachtigd en helpt de stoommachine de motor direct met het ronddraaien van de propeller.

Omdat de SteamDrive de dieselmotor direct helpt, wordt deze lager belast. ‘Dat kan bij een te berg varend schip een extra voordeel opleveren', zegt Flipse. ‘Een motor draait vaak het zuinigst bij een belasting van tachtig procent. Wanneer, dankzij de SteamDrive de belasting van honderd naar tachtig procent daalt, levert dat extra brandstofbesparing op en minder motorslijtage.'

Aan de andere kant levert het systeem minder voordeel op als de motor laag wordt belast, omdat de uitlaatgassen dan minder heet zijn. ‘Op de kanalen valt niet zo heel veel te winnen en ook te dal varend is het voordeel minder, toch rendeert het systeem dan wel.'

Retrofit mogelijk
Volgens Flipse is er geen gevaar voor douwpuntcorrosie in het stoomsysteem. De afgekoelde en uitgezette stoom wordt na het verlaten van de cilinders via een gesloten leidingsysteem teruggepompt naar de warmtewisselaar om in de uitlaatgassenketel opnieuw te worden verhit, waarbij de druk weer toeneemt en het weer naar de cilinders van de expander stroomt. Het is ook mogelijk de SteamDrive te gebruiken voor het opwekken van elektrische energie.

Het systeem kan volgens Flipse in combinatie met vrijwel alle typen motoren worden gebruikt en kan ook aan bestaande motoren worden gekoppeld. ‘Plaatsing van het systeem kan tijdens een kleine werfbeurt gebeuren', zegt Flipse. ‘We moeten nu praktijkuren gaan maken met het systeem om de betrouwbaarheid aan te tonen. In de spoorindustrie, waar ook zeer strenge normen gelden, zijn we daar al mee bezig. (HH)