Skip to content


Wie bezit er nu een paal in zee?

Jan van der Tempel: “Bij metershoge golven kun je niet overstappen op een windturbine. Met een Ampelmann kan dat wel.” 

Voor de ontwikkeling van de Ampelmann loopbrug is Jan van der Tempel genomineerd voor de uitvindersprijs van het Europees patentbureau. Maar in zijn hoofd bruist zoveel meer.

De Horizon City heeft twee Ampelmannen op het achterdek. 

IJmuiden, half acht in de ochtend. Tegenover een vervallen kroeg verzamelen zo’n twintig mensen zich op de kade. Een compact gebouwde man met bruine krullen begroet iedereen met een eigentijdse elleboogboks. Welkom, zegt dr.ir. Jan van der Tempel (47), ceo van het bedrijf Ampelmann en de organisator van de offshore excursie. Als iedereen voorzien is van veiligheidsschoenen, helm, bril en bedekkende kleding stapt het gezelschap aan boord van de Horizon Star – een honderd meter lang bevoorradingsschip voor de offshore. De brug met helikopterdek vormt de voorzijde van het schip. Het achterschip is een enorm open dek. Er staan twee hydraulische loopbruggen van het fabricaat Ampelmann opgesteld waar tussendoor mannen (en één vrouw) in oranje overalls lopen. Hoe die loopbruggen werken en wat het verschil tussen beiden is, dat gaan we vandaag zien. “Dat is typisch, Jan”, zegt een van de ingenieurs in oranje overall. “Gewoon aan het einde van een week dat we een loopbrug afregelen een dagje organiseren voor relaties en pers. Dat doet verder niemand.” Net als niemand anders een paal in de Noordzee bezit, maar daarover later meer.

“Dat overstappen lossen we later wel op – dat was de mentaliteit toen.”

Biergarten

Het idee voor de Ampelmann ontstond in 2002 op een terras in Berlijn, waar een groot offshore windsymposium plaatsvond. Van der Tempel was na een jaar met Boskalis bij het Deense offshore windpark Horns Rev teruggekeerd naar de TU Delft. Hij was bij prof.dr.ir. Jan Vugts (faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen) en prof.dr. Gijs van Kuik (Luchtvaart & Ruimtevaarttechniek)  promotieonderzoek gaan doen naar de draagstructuren van windturbines.. Het groeiperspectief van offshore wind was  al duidelijk, men dacht aan 10 duizend windturbines op de Noordzee. Hoe die allemaal gebouwd en onderhouden moesten worden, dat was een probleem voor later.
“Dat overstappen lossen we wel op, was de heersende mentaliteit”, herinnert Van der Tempel zich. Hij  had al vaker moeten overstappen van een schommelend schip naar een vaste stalen paal. Dat moest anders, vonden de twee Nederlandse ingenieurs in de Biergarten: Jan van der Tempel en David Molenaar. Het moest veiliger, beheerster en beter. Overstappen op zee moest net zo veilig worden als de straat oversteken.
Met de iconische Berlijnse Ampelmann op ieder voetgangerslicht in de Duitse hoofdstad was de bedrijfsnaam gauw gevonden. En de oplossing voor het overstappen hadden ze ook al bedacht: met een hexapod die ze kenden van de vluchtsimulator. Daar wordt elke translatie en rotatie opgewekt door drie paar hydraulische cilinders op drie hoekpunten van een rond frame. De Ampelmann zou omgekeerd moeten werken: de cilinders compenseren de bewegingen van het schip zodat het frame met de uitschuifbare loopbrug stilstaat, terwijl het schip eronder dobbert op de golven.

De technische ontwikkeling deed Van der Tempel naast zijn promotieonderzoek met hulp van bachelor- en masterstudenten die hij als promovendus begeleidde. “In 2005 was het machientje klaar”, vertelt hij. Op een amateurvideo schudt hij een kastje op en neer terwijl naast hem een platform ter grootte van een salontafel de bewegingen met enige vertraging volgt. Het prototype werkte. Van der Tempel volgde ondertussen ondernemerscolleges en schreef een businessplan dat meteen een prijs won.
Dankzij een subsidieaanvraag met Shell, “veel koffiedrinken en enthousiast praten” kon Van der Tempel zijn eerste levensgrote Ampelmann laten construeren. Het apparaat werd in 2007 getest bij het Noordzee windpark, waar ook Shell in deelnam.  Later volgde een demonstratie met 25 genodigden aan boord van een schip bij een boorplatform voor Scheveningen dat door Smit verwijderd werd. “Er stond storm op zee met twee-en-halve meter golfhoogte. Dan kun je niet meer overstappen – het werk heeft daar een week stilgelegen – maar met de Ampelmann kon dat wel.” Een betere demonstratie had hij niet kunnen wensen.

Na die eerste demonstratie groeide Ampelmann uit tot een bedrijf met 350 werknemers. Het bedrijf onderhoudt een vloot van 65 hydraulische loopbruggen in een leaseconstructie waarmee wereldwijd zes miljoen mensen en 17 duizend ton aan vracht zijn overgezet. Je zou denken dat Van der Tempel er de handen vol aan heeft, maar hij blijkt er tal van nevenactiviteiten op na te houden. In Delft is hij medeoprichter van de offshore academie De Oude Bibliotheek. Gevestigd in het oude gebouw van de UB (Raam 180) organiseert DOB-academy cursussen in offshore energie, houdt bijeenkomsten en congressen, en produceert educatieve video’s in een eigen studio.

Het Prinses Amalia windpark telt 60 turbines van 2 MW.

Zeehondje

Terug naar nu. Na twee uur varen komt de Horizon Star tot stilstand naast het Prinses Amalia windpark, 23 kilometer uit de kust van IJmuiden. Het is een zonnige dag met een kalme zee door de matige aflandige wind. Met de boeg tegen de richting van de stroming vaart het schip zijdelings het windpark binnen, op weg naar een stilstaande turbine. Daar heeft Eneco, de eigenaar van het park, toestemming gegeven om de loopbruggen te demonstreren. De tocht door het windpark verloopt stapvoets en stopt tenslotte op enkele meters van de paal. Het schip wordt door de dynamic positioning op de plek gehouden, ongeacht wat wind en stroming doen. Een zeehond zwemt om de paal van de turbine heen, laat zich meevoeren door de wervelende stroom, duikt onder en komt dan bovenstrooms weer naar boven. Het lijkt wel een pretpark voor zeehondjes hier.

Een primeur voor de A43e, met ‘e’ voor elektrisch. 

Drie seconden groen

Wanneer de cilinders zich zoemend uitstrekken komt het platform van de Ampelmann omhoog als een kermisattractie. Eenmaal op hoogte stabiliseert het platform zich, en vanaf het platform zien mensen het schip onder zich bewegen. De operateur richt de loopbrug naar de omloop van de windturbine en strekt de brug uit totdat die met een brede rubber bumper contact maakt. Aan de voet van de loopbrug, op het platform, floept het stoplicht drie seconden op groen: er mag iemand oversteken. Een Ampelmann medewerker loopt de brug over naar de windturbine en kan zonder het minste risico overstappen. Het zebrapad op zee werkt volgens specificatie tot 2,5 meter significante golfhoogte.

Ampelmann: oversteken bij groen licht.

De Ampelmann A-type die we vandaag zien is de eerste elektrische versie – en de voorloper van alle volgende. De hydraulische druk wordt opgewekt door twee elektrische pompen voor iedere cilinder (bij een Ampelmann is alles dubbel uitgevoerd met het oog op veiligheid en bedrijfszekerheid). Doordat bovendien elektriciteit wordt opgewekt als olie van hoge naar lage druk stroomt is het energieverbruik met 75 tot 90% verminderd ten opzichte van de standaardmachine (nu 45 kilowatt). Ook is het gewicht teruggebracht van 45 naar 25 ton.

“Vanaf nu worden alle nieuwe A-type machines elektrisch”, vertelt Van der Tempel. “Daarna gaan we ook bestaande machines elektrificeren, en ook het E-type dat een langere slag heeft.”

Koffiebekerprincipe

Van der Tempel heeft grote plannen met z’n proefpaal in de Noordzee.

‘De paal van Jan’ wordt het genoemd – de kale stalen pijp net buiten het Amalia windpark. Er zijn niet veel mensen met een eigen paal in de Noordzee, maar Van der Tempel heeft de extra paal laten slaan om zelfstandig offshore experimenten te kunnen doen. Werknemers kunnen er Ampelmanns testen en afregelen. In oktober wil Van der Tempel hier een nieuwe manier van offshore constructie testen. Hij weet wat een gedoe het is om een met een kraan een paal precies op de goede plek te krijgen en er dan ook nog bouten doorheen te bevestigen. Zijn alternatief beschrijft Van der Tempel als de omgekeerde koffiebekertjesmethode: alle delen zijn conisch van vorm (ze lopen enigszins taps toe) en zakken vanzelf goed over elkaar. Als de demonstratie in oktober goed verloopt kan dat de constructie van duizenden nieuwe windturbines in de Noordzee aanzienlijk vereenvoudigen.

Zwierende zeecontainers zijn een nachtmerrie in de offshore.

Dan komt het grotere werk. Het E-type is de grotere en zwaardere Ampelmann die geschikt is tot een significante golfhoogte van 4 meter. Voordat die in beweging komt starten twee diesel-aangedreven hydraulische pompen op. Het E-type is een zware jongen die tot 500 kW nodig heeft. Nu pas valt op hoe stil het kleinere elektrische A-type was. De zware kraan strekt de loopbrug steil de lucht in, en laat een haak vieren waar een kleine container aangehaakt wordt. Met zijn stalen loopbrug kan de E-type als kraan worden ingezet om onderdelen over te zetten zonder dat de tonnen-zware container gevaarlijk door de lucht begint te zwieren.

De Ampelmann-ingenieurs stralen trots en kameraadschap uit. 

Hoge druk

Van der Tempel leidt het bedrijf, maar is daarnaast volop bezig met andere vernieuwingen voor de offshore sector. Wie een tijdje met hem staat te praten hoort hem naast Ampelmann ook over De Oude Bibliotheek, over trillen van palen in plaats van heien, en de Delft Offshore Turbine. Dat is een project (DOT BV) in samenwerking met de TU Delft waarbij boven in een windturbine geen generator zit, maar een hydraulische pomp die zeewater op hoge druk brengt (honderden bars). Het zeewater onder druk kan elders een turbine aandrijven. Volgens het DOT-concept drijven meerdere windmolens een gezamenlijke grote turbine aan. Voordelen van het gepatenteerde idee zijn: eenvoudiger constructie van de windmolens, minder gewicht boven in de toren, minder componenten, waardoor minder storing en onderhoud.

Fotosessie op het helikopterdek.

Na de geslaagde demonstratie heerst op de terugreis een ontspannen sfeer onder de Ampelmann-ingenieurs. Ze zijn zonder uitzondering afkomstig uit Delft met veelal een achtergrond in offshore en werktuigbouw. Met zijn twaalven hebben ze de hele week aan de nieuwe elektrische Ampelmann gewerkt, en nu op de terugweg laten ze zich vereeuwigen op de loopbrug en op het helikopterdek. Ze stralen iets uit van trots en kameraadschap.

“Bij een ander bedrijf van deze grootte heb je een vertegenwoordiger die met de klant praat, een ontwerpafdeling die achter de computer zit, de constructieafdeling, testers enzovoorts”, vertelt een van de ingenieurs als ik hem vraag hoe het is om hier te werken. “Maar hier doen we dat allemaal zelf. Tot en met de oplevering om te horen wat er nog anders of beter moet.”

Het hoofd van Van der Tempel bruist van de ideeën. “Weet je wat het mooie is van zeewater onder hoge druk”, vraagt hij. Ja, je kunt er stroom mee opwekken, maar je kunt er via omgekeerde osmose ook zoet water van maken. En uit zoet water maak je met elektrische stroom waterstof. Van der Tempel ziet het al voor zich: onbemande fabrieken op zee die via een pijpleiding groene waterstof leveren.

De Horizon Star ligt weer langs de Loggerkade in IJmuiden. Relaties, pers en Ampelmanners hangen over de reling en praten met elkaar in de avondzon. Na een trip van tien uur wil iedereen van boord, maar om een of andere reden kan dat niet. Dan start de bemanning een kraan op om de loopplank uit de stelling te hijsen en neer te laten op de kade. Dat duurt eindeloos. “Waarom gebruiken we eigenlijk geen Ampelmann?”, stelt iemand vrolijk voor

OCTROOIBUREAU

In de database van het Europese Octrooibureau (EPO) staat een reeks van patenten op naam van Jan van der Tempel, vaak in combinatie met andere:

Schip met platform op bovendek dat zijn positie kan regelen, TU Delft, 2006

Uitschuifbare loopbrug, TU Delft, 2008

Onkruidverdelgingsapparaat, TU Delft, 2008

Hydraulische windmolen, TU Delft, 2009

Aanhaakmechanisme voor loopbrug, Ampelmann, 2015

Hexapodsysteem (vervolg), Ampelmann, 2015

Hexapodsysteem (vervolg), Ampelmann, 2019

Koffiebekersysteem voor offshore, DOT bv, 2020

Hydraulische windmolen, DOT bv, 2020

Offshore transportsysteem, DOT bv, 2021

•          Lees ook: Uitvinder Ampelmann in finale European Inventor Award

•          Stem mee in de European Inventor Award

Posted in Delta, Nakijken.


Groene waterstof brengt elektriciteit en gas samen

Waterstof is de ultieme CO2-vrije energiedrager. TU-onderzoekers maken plannen voor een toekomst met groene waterstof in de hoofdrol, voor zowel elektriciteit als brandstof.

Illustratie: Stephan Timmers | Totalshot

Er is iets vreemds aan de hand met groene waterstof – waterstof die CO2-vrij is opgewekt met stroom uit zon of wind. Iedereen wil het hebben, maar feitelijk bestaat het niet.

De Kabinetsvisie Waterstof stelt: ‘Industriële clusters en havens zien waterstof als een onmisbaar onderdeel van hun toekomst. Voor de transportsector is waterstof cruciaal voor het bereiken van emissievrij vervoer. De agrarische sector ziet kansen (…). Steden, regio’s en provincies willen met waterstof aan de slag.’ 

Tegenover dit eensluidende enthousiasme steekt de realiteit nogal schriel af. Want nog geen 0,1% van de waterstof is CO2-vrij geproduceerd, constateert een recent rapport (1) van het International Energy Agency (IEA).

Het kleurloze gas waterstof kent in publicaties een waaier aan kleuren. Het meest algemeen is ‘grijze’ waterstof dat uit aardgas wordt bereid door methaan en stoom onder hoge druk en temperatuur samen te brengen. Als de daarbij vrijkomende CO2 afgevangen en op-geslagen wordt, heet de waterstof ‘blauw’. ‘Groene’ waterstof ontstaat bij elektrolyse (splitsing van water in H2 en O2) met stroom uit zon of wind. Als die stroom in Nederland is opgewekt kleurt de waterstof ‘oranje’.

Momenteel is grijze waterstof het goedkoopst en kost groene waterstof uit elektrolyse ongeveer het dubbele (2). Die prijzen bewegen mee met de aardgasprijs respectievelijk het tarief voor groene stroom. In de komende tien jaar wordt als gevolg van opschaling van elektrolyse een prijsdaling voor groene waterstof tot wel 60% verwacht. (3)

Schakel

Groene waterstof is de schakel tussen elektriciteit en gas. Elektrische stroom produceert waterstof door elektrolyse, en waterstof produceert elektrische stroom in een brandstofcel of als brandstof in een gasturbine.

Dat besef van omkeerbare uitwisseling tussen energievormen heeft de netbeheerders TenneT (stroom) en Gasunie (gas) in elkaars armen gedreven, met een gezamenlijke toekomstvisie (4) tot gevolg. 

Volgens het klimaatakkoord van Parijs moet de emissie in 2050 met 95 procent gereduceerd zijn. Onder druk hiervan, voorzien Gasunie en TenneT een sterke groei in zonne- en windenergie in combinatie met grootschalige omzettingen van elektriciteit in waterstof, de productie van synthetische brandstoffen en de ontwikkeling van energieopslag. 

Gas biedt oplossingen voor hardnekkige problemen uit de zich vergroenende elektriciteits-sector. Zo maakt fluctuerende stroom uit zon en wind het moeilijk om het evenwicht te bewaren tussen productie en gebruik van elektriciteit. Dat balanceren wordt een stuk eenvoudiger als een overschot aan productie weggesluisd kan worden naar elektrolysefabrieken.

De wegen naar waterstof zijn de Deltawerken van de energievoorziening

Opslag

Een ander probleem is de opslag. Grote hoeveelheden elektriciteit zijn eigenlijk alleen goed op te slaan in stuwmeren (pumped hydro) die we hier niet hebben. Maar zoutkoepels, waar jaarvoorraden gas in passen, hebben we wel. 

Tot slot: capaciteitsproblemen zijn te verwachten wanneer huishoudens massaal overstappen op warmtepomp en elektrisch rijden. Maar energieaanvoer via waterstof door een voormalige aardgasleiding heeft een tienmaal grotere capaciteit dan een hoogspanningsleiding. Een kleine WKK-centrale op waterstof produceert ter plekke de elektriciteit en warmte. Door een gelukkig toeval zijn de zorgen van de elektriciteitssector (balans, opslag en capaciteit) uitgerekend de sterke kanten van het gasbedrijf.

Gigaproject

Het fossielvrije energielandschap van 2050 steunt zwaar op immense offshore windparken ver op zee. Van daaruit stroomt waterstof via pijpleidingen naar het land. Schepen brengen waterstof uit streken met goedkope zonne- en windenergie in de havens aan land. Water-stofleidingen van West- naar Oost-Nederland voorzien zware industrie van energie, tankstations van brandstof en gedeelten van steden van warmte en elektriciteit. Waterstof is een steun in de rug voor lokale energienetwerken.

Maar hoe komen we daar? Offshore wind speelt een grote rol. Nederland had begin 2020 iets meer dan 1,1 gigawatt aan offshore windparken staan (5). Volgens planning van de Rijksoverheid zal dat moeten stijgen tot 11 GW in 2030 en 70 GW in 2050. Dat is bedoeld om voldoende groene stroom te produceren. Maar dat is bij lange na niet genoeg om ook de overige driekwart van het energieverbruik (brandstof) te vervangen. ‘Waterstofprofessor’ prof.dr. Ad van Wijk gaat er dan ook vanuit dat Nederland straks, net als nu, een flink deel van het energiebudget zal importeren. Maar dan uit streken met goedkope zonne- en windenergie. 

Ook elektrolysers zullen enorm opgeschaald moeten worden. Nu staan er naar schatting enkele tientallen megawatts aan elektrolysers in Nederland, vooral in chloorfabrieken, waar waterstof als bijproduct ontstaat. Volgens de Kabinetsvisie Waterstof zou er in 2025 500 MW aan elektrolysers moeten staan, in 2030 3-4 GW, en in 2040 10 GW offshore. 

Van Wijk heeft een voorstel (6) geschreven voor 2 x 40 GW in Europees verband in 2030. Dat plan is onderdeel geworden van de waterstofstrategie van de Europese commissie (7). 

Zowel offshore wind als elektrolyse zullen dus in de komende decennia een ongekende expansie behoeven. De wegen naar waterstof zijn de Deltawerken van de energievoorziening.

Startpunt

De gaswinning boven Ameland kan een mooi startpunt zijn, vindt Van Wijk. Het aardgas kan ter plekke omgezet worden in CO2 en H2, waarbij het CO2 opgeslagen wordt in een leeg gasveld en het (blauwe) waterstofgas het begin kan zijn van een fossielvrij waterstofnetwerk. 

Waterstof is duurder dan aardgas, weet prof.dr. Kornelis Blok (TBM). “Net als bij zonne- en windenergie zal er in het begin geld bij moeten om de onrendabele top te overbruggen.”

En dat blijft waarschijnlijk ook zo. Als groene waterstof in grote hoeveelheden beschikbaar komt, drukt dat de vraag naar aardgas waardoor de prijs ervan zakt. Het succes van groene waterstof verslechtert zo de eigen de concurrentiepositie. Zonder subsidie of regulering komt de waterstofeconomie daarom niet van de grond. 

Uiteindelijk verwacht Blok dat een energiesysteem gebaseerd op duurzame bronnen vergelijkbaar, of misschien 10% duurder, uit zal komen dan het huidige energiesysteem.

Noten

  1. IEA, The Future of Hydrogen, 14 juni 2019
  2. Machiel Mulder, Peter Perey, José L. Morega, Outlook for a Dutch Hydrogen market, maart 2019
  3. Hydrogen Council, Path to hydrogen competitiveness, A cost perspective, 20 Jan 2020
  4. Gasunie, TenneT, Infrastructure Outlook 2050, April 2020
  5. NWEA, Nederland start inhaalrace offshore wind, 7 feb 2020
  6. Ad van Wijk, Jorgo Chatzimarkakis, Green Hydrogen for a European Green Deal. A 2×40 GW Initiative, 2020
  7. European Commission, A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe, Juli 2020

Gepubliceerd in Delft Integraal, december 2020

Posted in Delft Integraal.


Artist in the Lab

Het Kavli-instituut Delft heeft voor een half jaar een kunstenaar in huis. De ‘artist in residence’. De keuze viel op de schilder en beeldend kunstenaar John Walter die al eerder werk maakte over virussen, met name HIV. Hoe zo’n residentie verloopt en wat de verwachtingen zijn vertellen Prof. Cees Dekker en John Walter. De TUTV crew bestond uit Roel Broere en Ward Dijkman.

Posted in Nakijken.


TU maakt 3D-scan Nachtwacht

Nooit eerder werd de Nachtwacht zo exact in beeld gebracht. TU-onderzoekster Willemijn Elkhuizen legt met staf van het Rijksmuseum de basis voor de aanstaande restauratie.

Zie ook artikel op TU Delta

Posted in Delta, Webvideo.


Coronafilmpjes maken

Vijf jaar geleden startten we vanuit TU Delta en het Science Centre het collectief TU Delft TV waarbij we studenten leerden om informatieve video’s te maken over onderzoek aan de TU. De laatste weken moest dat wat sneller vanwege de Coronacrisis. Dus ben ik zelf tijdelijk weer de regie gaan doen. Licht, geluid en montage werd door studenten verzorgd. Leuk om te doen en relevant onderzoek.

Posted in Nakijken.