Hydro Motion

De laatste 15 jaar hebben onze boten met succes gevaren op de energie van de zon. Dit betekent 15 jaar van duurzame innovatie en 15 jaar van het inspireren van de maritieme sector. Dit jaar hebben we een ambitieus nieuw plan. Wij, als het TU Delft Solar Boat Team 2021, willen de volgende grote stap zetten richting een duurzame maritieme industrie. We willen onbekende wateren verkennen en werken aan een project dat nog relevanter is.

Dit jaar bouwt ons team een boot die op waterstof vaart. We noemen dit project Hydro Motion. We schakelen over van het opwekken van energie met zonnepanelen naar het opslaan van groene energie. Waterstof is hiervoor ideaal en heeft een enorme potentie. We willen de hele maritieme industrie inspireren door te laten zien wat er mogelijk is met een waterstofboot. Samen kunnen we de nodige stappen zetten naar een duurzame scheepvaart.

Met deze waterstofboot gaan we meedoen aan de open sea class van de wereldkampioenen komende zomer in Monaco. Hier kunnen we laten zien wat er echt mogelijk is met groene energie. We zijn samen met ons hele team erg enthousiast over dit project!

Bent u benieuwd naar onze waterstofboot? Op deze pagina kunt u het model bekijken van ons ontwerp. De lay-out van de bedrukking is ter illustratie.

Onze waterstofboot

Waarom waterstof?

Met ons project Hydro Motion zetten we de volgende grote stap naar een duurzame toekomst en een groene maritieme industrie. Maar waarom gebruiken we nu juist waterstof om dit doel te bereiken? Of je nu gelooft in klimaatverandering of niet, de voorraad olie en gas zal onvermijdelijk op raken. We moeten andere benaderingen gebruiken als we naar een uitstootvrije toekomst willen.

Er zijn verschillende opties om groene energie op te wekken. Maar om de cirkel rond te maken is het essentieel dat we aandacht besteden aan de manier waarop we deze energie opslaan. Op dit moment zijn er twee hoofd opties als het gaat om de opslag van energie en de aandrijving van elektrisch vervoer: brandstofcellen of batterijen. De industrie zal het niet kunnen oplossen met alleen de batterijen, want de vraag naar lithium groeit sneller dan het aanbod kan voldoen.

Daarom concentreren wij ons dit jaar op de opslag van groene energie. Dat kan in batterijen, zoals hiervoor genoemd, maar een andere goede oplossing is waterstof. Het gebruik van waterstof als energiebron heeft het voordeel dat het geen koolstofoxide produceert en een schone brandstof is. Bovendien heeft het een energiedichtheid die 235 keer hoger is dan die van lithium-ion batterijen en is het zeer licht in gewicht vergeleken met batterijen. Dit betekent dat energie compacter kan worden opgeslagen, wat een enorm voordeel is.

Als wij met onze boot laten zien wat er mogelijk is, kunnen we de potentie van waterstof bewijzen. Door samen te werken met de maritieme industrie zelf kunnen we inspireren tot verandering. We zijn allemaal deel van het probleem, wat betekent dat we ook allemaal deel van de oplossing kunnen zijn. Alleen door samen te werken kunnen we de uitdaging van verandering aangaan!

Een wereldkampioenschap winnende romp

Dit jaar willen we ons zoveel mogelijk richten op het maken van een goed functionerende waterstofboot, daarom hebben we besloten om de boot van 2019 te refitten. We hergebruiken de drie rompen van deze prijswinnende en zeewaardige trimaran die is ontworpen als vliegende zonneboot. Dit jaar hebben we het zonnedek niet meer nodig, en om veiligheidsredenen hebben we het vervangen door twee netten. We hebben ook een waterstofsysteem en een cap bovenop de boot geplaatst. De cap zorgt er niet alleen voor dat we er cool uitzien, en snel als een formule 1 auto, maar beschermt ook een cruciaal onderdeel van ons ontwerp: de tank.

De cap en onze rompen zijn gemaakt van koolstofvezel, een licht en sterk materiaal. Om ervoor te zorgen dat de rompen van onze 8,3 meter lange en 6 meter brede boot bestand zijn tegen de ruige omstandigheden van de Middellandse Zee, hebben we ze met nog meer koolstofvezel versterkt. Ten slotte voorzien we onze rompen van een wrap. Dit geeft ons niet alleen een gaaf uiterlijk, maar maakt de boot ook waterdicht.

Een wereldkampioenschap winnende romp

Dit jaar willen we ons zoveel mogelijk richten op het maken van een goed functionerende waterstofboot, daarom hebben we besloten om de boot van 2019 te refitten. We hergebruiken de drie rompen van deze prijswinnende en zeewaardige trimaran die is ontworpen als vliegende zonneboot. Dit jaar hebben we het zonnedek niet meer nodig, en om veiligheidsredenen hebben we het vervangen door twee netten. We hebben ook een waterstofsysteem en een cap bovenop de boot geplaatst. De cap zorgt er niet alleen voor dat we er cool uitzien, en snel als een formule 1 auto, maar beschermt ook een cruciaal onderdeel van ons ontwerp: de tank.

De cap en onze rompen zijn gemaakt van koolstofvezel, een licht en sterk materiaal. Om ervoor te zorgen dat de rompen van onze 8,3 meter lange en 6 meter brede boot bestand zijn tegen de ruige omstandigheden van de Middellandse Zee, hebben we ze met nog meer koolstofvezel versterkt. Ten slotte voorzien we onze rompen van een wrap. Dit geeft ons niet alleen een gaaf uiterlijk, maar maakt de boot ook waterdicht.

previous arrow
next arrow
Slider

350 bar druk

De waterstof die we nodig hebben om onze boot voort te stuwen, wordt opgeslagen in de tank, die zich onder onze kap bevindt. Onze waterstof wordt in gasvorm opgeslagen bij 350 bar. Om dit begrijpelijk te maken: 350 bar komt overeen met de waterdruk wanneer je 3,5 kilometer diep zou duiken. En zelfs onder deze immense druk is onze tank nog steeds 2,3 meter lang en heeft hij een diameter van 50 centimeter. De tank alleen al weegt 120 kilogram, meer dan de hele boot van 2020, en bevat 8 kilogram waterstof.

Vanuit de tank gaat de waterstof naar de brandstofcel. Een brandstofcel is een apparaat dat chemische energie gebruikt en omzet in elektriciteit. Onze brandstofcel gebruikt waterstof en zuurstof om water te vormen en elektriciteit op te wekken. We gebruiken deze elektriciteit om de aandrijflijn, onze elektronica en al onze andere componenten in onze boot van stroom te voorzien.

previous arrow
next arrow
Slider

350 bar druk

De waterstof die we nodig hebben om onze boot voort te stuwen, wordt opgeslagen in de tank, die zich onder onze kap bevindt. Onze waterstof wordt in gasvorm opgeslagen bij 350 bar. Om dit begrijpelijk te maken: 350 bar komt overeen met de waterdruk wanneer je 3,5 kilometer diep zou duiken. En zelfs onder deze immense druk is onze tank nog steeds 2,3 meter lang en heeft hij een diameter van 50 centimeter. De tank alleen al weegt 120 kilogram, meer dan de hele boot van 2020, en bevat 8 kilogram waterstof.

Vanuit de tank gaat de waterstof naar de brandstofcel. Een brandstofcel is een apparaat dat chemische energie gebruikt en omzet in elektriciteit. Onze brandstofcel gebruikt waterstof en zuurstof om water te vormen en elektriciteit op te wekken. We gebruiken deze elektriciteit om de aandrijflijn, onze elektronica en al onze andere componenten in onze boot van stroom te voorzien.

Varen op waterstof

Om te begrijpen hoe onze brandstofcel eigenlijk werkt, moeten we waterstof zelf eens nader bekijken. Waterstof is een atoom, een element. Een waterstofmolecuul bestaat uit twee atomen. Je ziet twee protonen en twee elektronen.

Waterstof gaat van de tank naar de brandstofcel. Om precies te zijn naar het protonen-uitwisselingsmembraan. Dit is als een filter dat alleen protonen doorlaat, maar de elektronen tegenhoudt. Daarom splitst een waterstofmolecuul die het protonen-uitwisselingsmembraan bereikt, zich in twee protonen en twee elektronen. De protonen gaan dan door het filter om zich aan de andere kant bij een zuurstofatoom te voegen en water te vormen. De elektronen reizen rond het filter met behulp van een draad, en elektronen die via een draad bewegen, betekenen elektriciteit. Deze elektriciteit kun je bijvoorbeeld gebruiken om een gloeilamp van stroom te voorzien of om onze boot van stroom te voorzien.

Varen op waterstof

Om te begrijpen hoe onze brandstofcel eigenlijk werkt, moeten we waterstof zelf eens nader bekijken. Waterstof is een atoom, een element. Een waterstofmolecuul bestaat uit twee atomen. Je ziet twee protonen en twee elektronen.

Waterstof gaat van de tank naar de brandstofcel. Om precies te zijn naar het protonen-uitwisselingsmembraan. Dit is als een filter dat alleen protonen doorlaat, maar de elektronen tegenhoudt. Daarom splitst een waterstofmolecuul die het protonen-uitwisselingsmembraan bereikt, zich in twee protonen en twee elektronen. De protonen gaan dan door het filter om zich aan de andere kant bij een zuurstofatoom te voegen en water te vormen. De elektronen reizen rond het filter met behulp van een draad, en elektronen die via een draad bewegen, betekenen elektriciteit. Deze elektriciteit kun je bijvoorbeeld gebruiken om een gloeilamp van stroom te voorzien of om onze boot van stroom te voorzien.

previous arrow
next arrow
Slider

40 kilometer per uur

Om onze boot voort te stuwen gebruiken we een three phase brushless elektromotor, wat de grootste stroomverbruiker van onze boot is. Hij heeft 70 pk, vergelijkbaar met een Toyota Yaris auto. De motor drijft onze schroef aan via een mechanische overbrenging van tandwielen en assen. We noemen dit de aandrijflijn en deze loopt door onze achterstrut. Aan het einde van onze achterstrut zit een op maat gemaakte, aluminium propellor met twee bladen. Hoe sneller deze propeller draait, hoe sneller we gaan. Hij stuwt onze boot voort met een snelheid tot 40 km/u.

Als je onze boot onder het wateroppervlak bekijkt, zie je een configuratie met drie stutten. Elke strut vormt de verbinding tussen de romp en een vleugel. De twee voorste struts zijn elk verbonden met een L-vleugel en de achterste strut is verbonden met een T-vleugel.

previous arrow
next arrow
Slider

40 kilometer per uur

Om onze boot voort te stuwen gebruiken we een three phase brushless elektromotor, wat de grootste stroomverbruiker van onze boot is. Hij heeft 70 pk, vergelijkbaar met een Toyota Yaris auto. De motor drijft onze schroef aan via een mechanische overbrenging van tandwielen en assen. We noemen dit de aandrijflijn en deze loopt door onze achterstrut. Aan het einde van onze achterstrut zit een op maat gemaakte, aluminium propellor met twee bladen. Hoe sneller deze propeller draait, hoe sneller we gaan. Hij stuwt onze boot voort met een snelheid tot 40 km/u.

Als je onze boot onder het wateroppervlak bekijkt, zie je een configuratie met drie stutten. Elke strut vormt de verbinding tussen de romp en een vleugel. De twee voorste struts zijn elk verbonden met een L-vleugel en de achterste strut is verbonden met een T-vleugel.

1000 kg vliegt over de oceaan

Hoe sneller we gaan, hoe meer energie we verbruiken en hoe meer weerstand we ondervinden, omdat onze romp elke minuut door meer water moet stuwen. Om deze weerstand te verminderen gebruiken we draagvleugels. Tijdens het varen wekken ze een opwaartse kracht op, die lift wordt genoemd. De foils en de struts tillen onze boot uit het water als we onze opstijgsnelheid van 22 km/uur bereiken. Ruwweg duizend kilogram wordt uit het water getild en vliegt 40 centimeter boven het wateroppervlak.

De golven waarmee we te maken krijgen als we op de oceaan vliegen, beïnvloeden de balans van onze boot. Daarom sturen we onze foils actief  aan met een hoogteregelingssysteem. We hebben drie sensoren die voortdurend de hoogte en de oriëntatie van onze boot meten. Dat betekent dat wanneer onze stuurboordzijde iets zakt, onze sensoren dit meten en de stuurboordvleugel vertellen om zijn invalshoek aan te passen: dit genereert meer lift en brengt onze boot weer in balans. Op deze manier kunnen we voor langere periodes stabiel vliegen.

1000 kg vliegt over de oceaan

Hoe sneller we gaan, hoe meer energie we verbruiken en hoe meer weerstand we ondervinden, omdat onze romp elke minuut door meer water moet stuwen. Om deze weerstand te verminderen gebruiken we draagvleugels. Tijdens het varen wekken ze een opwaartse kracht op, die lift wordt genoemd. De foils en de struts tillen onze boot uit het water als we onze opstijgsnelheid van 22 km/uur bereiken. Ruwweg duizend kilogram wordt uit het water getild en vliegt 40 centimeter boven het wateroppervlak.

De golven waarmee we te maken krijgen als we op de oceaan vliegen, beïnvloeden de balans van onze boot. Daarom sturen we onze foils actief  aan met een hoogteregelingssysteem. We hebben drie sensoren die voortdurend de hoogte en de oriëntatie van onze boot meten. Dat betekent dat wanneer onze stuurboordzijde iets zakt, onze sensoren dit meten en de stuurboordvleugel vertellen om zijn invalshoek aan te passen: dit genereert meer lift en brengt onze boot weer in balans. Op deze manier kunnen we voor langere periodes stabiel vliegen.

previous arrow
next arrow
Slider

Het brein van onze boot

De software is het brein van onze boot. Zonder software zou onze boot niet eens vooruit komen. De software draait op printplaten die we zelf solderen. Met onze software besturen we elk systeem in onze boot, zoals de stuur interface en de elektriciteitsstroom van onze brandstofcel naar de motor.

Jammer genoeg is er een spanningsverschil tussen de motor en de brandstofcel. Met andere woorden, ze passen niet zo goed bij elkaar als we zouden willen. In onze boot levert de brandstofcel elektriciteit aan de motor. Om deze aan elkaar aan te passen gebruiken wij een apparaat genaamd de DCDC converter. De DCDC-converter neemt de elektriciteit van de brandstofcel en verpakt deze op een manier zodat de motor het kan gebruiken. De elektriciteit gaat dus van de brandstofcel via de DCDC-converter naar de motor. Zodat de motor het kan gebruiken om onze boot voort te stuwen.

previous arrow
next arrow
Slider

Het brein van onze boot

De software is het brein van onze boot. Zonder software zou onze boot niet eens vooruit komen. De software draait op printplaten die we zelf solderen. Met onze software besturen we elk systeem in onze boot, zoals de stuur interface en de elektriciteitsstroom van onze brandstofcel naar de motor.

Jammer genoeg is er een spanningsverschil tussen de motor en de brandstofcel. Met andere woorden, ze passen niet zo goed bij elkaar als we zouden willen. In onze boot levert de brandstofcel elektriciteit aan de motor. Om deze aan elkaar aan te passen gebruiken wij een apparaat genaamd de DCDC converter. De DCDC-converter neemt de elektriciteit van de brandstofcel en verpakt deze op een manier zodat de motor het kan gebruiken. De elektriciteit gaat dus van de brandstofcel via de DCDC-converter naar de motor. Zodat de motor het kan gebruiken om onze boot voort te stuwen.

60 liter per minuut

We hebben een brandstofcel, een motor, een batterij, andere elektronica en, niet te vergeten, de mediterrane zon, die fel op onze boot schijnt. Dit alles genereert warmte, en niet zo’n klein beetje ook. De brandstofcel alleen genereert al meer warmte dan de hele 2020 boot. Onze onderdelen kunnen al die hitte niet aan, daarom moeten we ze koelen.

We hebben een koelsysteem dat elke minuut 60 liter water oppompt. Via de L-foils, die elk aan een zijromp zijn bevestigd, wordt het zeewater opgepompt en onze boot rond gepompt om hem te koelen. We hebben in totaal vier loops om de warmte laag te houden. De eerste is de open loop die het zeewater oppompt. Deze open loop koelt drie gesloten loops. Een loop voor de brandstofcel. Eén loop voor de accu, en de derde loop voor alle andere elektronica in onze boot. De warmtewisselaars dragen de warmte over tussen al deze loops.

60 liter per minuut

We hebben een brandstofcel, een motor, een batterij, andere elektronica en, niet te vergeten, de mediterrane zon, die fel op onze boot schijnt. Dit alles genereert warmte, en niet zo’n klein beetje ook. De brandstofcel alleen genereert al meer warmte dan de hele 2020 boot. Onze onderdelen kunnen al die hitte niet aan, daarom moeten we ze koelen.

We hebben een koelsysteem dat elke minuut 60 liter water oppompt. Via de L-foils, die elk aan een zijromp zijn bevestigd, wordt het zeewater opgepompt en onze boot rond gepompt om hem te koelen. We hebben in totaal vier loops om de warmte laag te houden. De eerste is de open loop die het zeewater oppompt. Deze open loop koelt drie gesloten loops. Een loop voor de brandstofcel. Eén loop voor de accu, en de derde loop voor alle andere elektronica in onze boot. De warmtewisselaars dragen de warmte over tussen al deze loops.

Slider
Team foto link website versie 2 (met parttime)
Over website link foto