De nieuwe zware testbank van TNO kan worden gebruikt bij testen voor de Stage V-certificering van grotere binnenvaartmotoren, het valideren van nabehandelingssystemen en het testen van motoraanpassingen voor alternatieve brandstoffen, vertelt business manager Peter van Gompel van het Powertrain Test Centre van TNO. Koedood en Mitsu­bishi zijn trekkers geweest in het proces, zegt hij. ‘Zij zijn de uitdaging aangegaan en hebben het certificeringstraject ontgonnen met een aantal partijen, waaronder Vink en NPS.’

Schaars goed

Met de invoering van de Stage V-emissienormen loopt de Europese binnenvaart volgens Van Gompel ver voor op de rest van de maritieme wereld. ‘Naast lage NOx-eisen heeft deze sector, net als het wegtransport, ook nog eisen voor deeltjesmassa en aantallen. Dit betekent dat bij dieselmotoren roetfilters noodzakelijk zijn. Wat we daarbij zien, is dat de grote wereldwijd opererende motorenfabrikanten hun businesscase voor Stage V niet rond krijgen doordat het zo’n klein marktsegment is. Ze wachten af, of schuiven het door naar de Nederlandse distributeur. Dat is lastig, maar opent ook mogelijkheden voor het Nederlandse maritieme cluster om een dominante rol te gaan spelen bij de ontwikkeling en de bouw van after treatment-systemen voor de scheepvaart. Nu is het nog een kleine markt, maar op den duur gaan deze normen ook elders gelden. Nederland heeft tegen die tijd ervaring met deze systemen. Fabrikanten kunnen hier dan in de praktijk geteste en gecertificeerde systemen kopen voor hun motoren. Wij hebben nu al de kennis in huis om ze te bouwen.’

TNO valideert op de testbanken niet alleen of een verbrandingsmotor aan de huidige eisen voldoet. ‘We testen ook motoren en systemen met de verbrandingstechnieken van morgen en overmorgen’, zegt van Gompel. ‘Het is een spannende tijd. We staan met Euro 6 en Stage V op de rand van het evolu­tionaire proces naar schonere motoren. Met Euro 7 komen er na 2025 steeds strengere CO2-targets bij voor het wegtransport. De eerste ronde red je nog met zuinige motoren op fossiele diesel, maar met de volgende stap begint een revolutionair proces. Vanaf 2030 moeten de CO2-emissies met tientallen procenten dalen. Dat red je niet met fossiele diesel. Dan moet het een andere energiedrager worden en neemt de druk enorm toe. Fossiel mengen met biologische- of hernieuwbare diesel is een optie, maar hoeveel van die brandstof is er straks? Momenteel is het nog een schaars goed. En na 2050 moeten de emissies helemaal naar nul.’

HH2126 TNO-bouwt-zware-testbank-scheepsmotoren-Peter-van-Gompel
Peter van Gompel, business manager Powertrain Testing, bij de splinternieuwe eencilinder waterstofmotor die TNO voor testdoelen heeft laten bouwen.

CO2-neutrale brandstoffen

Ook bij de aanpassing van motoren voor het gebruik van CO2-neutrale brandstoffen kan de binnenvaart een leidende rol spelen. Grootschalige inzet van bio- en synthetische brandstof (e-fuels) is dan zeker een mogelijkheid voor de scheepvaart. ‘Als de industrie, politiek en kennisinstellingen de schouders eronder zetten, kan de Rijnvaart een ideale proeftuin zijn voor deze ontwikkeling’, stelt Van Gompel.

‘En technisch is het niet de grootste uitdaging. Er zit echter ook een juridische kant aan. Gebruik van een andere brandstof kan consequenties hebben voor de garantie op de motor en de onderdelen. Die aansprakelijkheidskwestie moet je goed regelen, anders zijn er bij problemen ineens niet veel mensen meer thuis. Dat blokkeert de ontwikkelingen nu een beetje. Een garantiefonds kan een oplossing bieden.’

Waterstoftanks

TNO ziet waterstof als een van de toekomstige opties voor de transportsector. ‘Dat kan in brandstofcellen, maar ook prima in een verbrandingsmotor. We gaan daarvoor nieuwe technologieën testen in een eencilinder onderzoeksmotor, die we voor dit doel hebben gebouwd’, zegt Van Gompel. ‘We hebben al waterstoftanks staan.’

Van Gompel acht een waterstofmotor al op korte termijn kansrijk om in grotere aantallen te produceren. ‘Twee jaar terug associeerden we waterstof vooral met de brandstofcel, maar de laatste anderhalf jaar groeit het besef dat je waterstof ook op een andere manier in arbeid kunt omzetten. Het gebruik van waterstof in een verbrandingsmotor is minder kritisch op samenstelling. Een PEM brandstofcel moet op zeer zuivere waterstof draaien. Met een verbrandingsmotor gebruik je bekende technologie. Er is al een infrastructuur met mensen om verbrandingsmotoren te onderhouden en grootschalig te produceren. Dan is het mogelijk deze technologie sneller uit te rollen en te implementeren. Brandstofcelspecialisten zijn er nog weinig. Daar ligt nog een opgave voor scholen en bedrijven. Er moet meer gebeuren om brandstofceltechniek breed uit te rollen. Daar komt bij, dat de investeringskosten voor brandstofcel­aandrijvingen op dit moment hoog liggen. En er is altijd een set batterijen nodig om het elektrische systeem te stabiliseren. Aan een schip moet veel veranderen wanneer je voor brandstofcellen kiest.’

Explosief

Wanneer voor waterstofgas wordt gekozen, vereisen de andere verbrandingskarakteristieken aanpassingen aan de motor, zoals aan de timing van de kleppen, de inspuiting en de ontsteking. ‘Bij diesel­olie proberen we de verbranding te versnellen, maar met waterstof moet het precies andersom’, zegt Van Gompel.

‘Waterstof is zeer explosief. Met de eencilinder testmotor willen we leren hoe dat vertragen het beste kan en of je waterstof zo kunt verbranden dat zich geen NOx vormt. Wanneer dat lukt, hebben we een heel schone verbrandingsmotor en wordt waterstof lucratiever. Dan heb je geen after treatment-systeem voor de uitlaatgassen nodig. Dat maakt een verbrandingsmotor goedkoper en compacter. Dat is prettig in de scheepvaart, want de meeste machinekamers zijn niet gebouwd voor motoren met een grote nabehandelingsinstallatie.’

Nadeel van waterstof is dat schepen (en trucks) grotere en duurdere opslagtanks nodig hebben. ‘Een alternatief is om waterstof aan een hulpstof te binden, zodat het een vloeibare of vaste stof wordt, en die verbinding te verbreken wanneer het in de motor moet worden verbrand.’

De zescilinder Mitsubishi S6R-MPTK/ MPTAW  op de testbank van het Powertrain Test Centre van  TNO. Met de IWW Stage V-certificering van deze motor wordt de tot 16 cilinders doorlopende MPTK/MPTAW motorenfamilie (470 tot 1250 kW) in  één keer gecertificeerd. De door Koedood Marine gecertificeerde motoren komen straks als KEES motoren (Koedood Engine Emission System) op de  markt.