ENGINEERINGNET.BE - Ocean-based Climate Solutions, uit Santa Fe, ontwikkelde een soepele ‘schoorsteen’, die aan een boei hangt, waarlangs water van meer dan 200 m diep naar de oppervlakte ‘gepompt’ wordt.
Enkel en alleen op de kracht van het deinen van de golven. Het koudere water koelt daar de oppervlakte. Het brengt tegelijk nutriënten naar boven waarmee fytoplankton zich kan voeden. Dankzij het licht in de bovenste waterlagen neemt het plankton via de fotosynthese ook CO2 op en kan het snel groeien. Een massaverdubbeling op 24 u tijd, zo werd gesteld.
Op zijn beurt kan ander zeeleven zich dan weer voeden aan het plankton. Het systeem meet in real-time de koolstofsequestratie dat het oplevert. Met dit vrijwel CO2-neutraal procedé kunnen bedrijven aanspraak maken op zogenaamde CO2-credits/CO2-certificaten om er hun teveel aan CO2-uitstoot mee af te kopen.
Upwelling
Ocean-based Climate Solutions werd in 2005 opgericht in de nasleep van de verwoestende orkaan Katrina. Toen al keken de initiatiefnemers naar het uitbuiten van het zogenaamde ‘upwelling’ proces. Dit is het naar de oppervlakte komen van onderste, koudere waterlagen. Dat gebeurt vooral aan bepaalde kusten en is het gevolg van zeestromingen en klimaat.
“Als je de oppervlaktetemperatuur van het zeewater met 2 °C naar beneden kunt halen, verminder je het risico op orkanen met een hele factor”, aldus medeoprichter Philip Fullam (73). Sinds de start leidde deze ondernemer/consulent het ingenieursteam dat de upwelling pomp tekende, testte en bouwde. Daarnaast is hij voorzitter van Reytek Equipment, een metaalverwerkingsatelier voor cleanroom uitrustingsmaterialen in rvs voor de medische en farma-industrie, in Albuquerque.
Het bleef echter in het ijle trappelen want “er was geen economische basis voor zo’n project.” Voortaan zou het bedrijf mikken op het ontzilten van zeewater bij hoge druk. Onlangs brachten de mogelijkheden van ‘carbon credits’ de upwellingtechnologie terug in beeld. Het gestaag oppompen van duizenden liters water, dag na dag, louter en alleen op basis van de golfslag …
“Als je het koudere water uit de diepte naar boven kon brengen, komen tegelijk ook de voedingsstoffen uit die lagere lagen naar de oppervlakte. Met dat ‘voedsel’ kan plankton, dat grote hoeveelheden CO2 opneemt, zich voeden en op zijn beurt weer ander zeeleven aantrekken.”
Boei en schoorsteen
De boei is een cilinder die in een 40 voet standaardcontainer past en die zo’n 1.000 kg weegt. Het prototype is in metaal. Met een volgende generatie komt de buitenschil in glasvezelcomposiet met binnenin een rvs structuur. Bovenop de boei zijn geharde PV-zonnepanelen aangebracht. Zij voeden de sensoren en de instrumentatie voor de lokalisatie en de uplink naar de satelliet, maar leveren ook realtime data die nodig zijn voor de hele boekhouding rond de koolstofsequestratie.
De boei is ontworpen voor golven van typisch 1 tot 3 m hoog. Fullam rekent dat het systeem dan zo’n 3 m³ water per golf opzuigt. Bij hogere golven zal de boei onder de golven door klieven. De schoorsteen bestaat uit een lang, 7 m breed, gecoat polyesterdoek dat dichtgevouwen en gestikt is tot een tube van zo’n 1,9 m diameter. De 200 m lange tube is bovenaan breder dan onderaan. Aan het onderste uiteinde van de tube hangt een stalen gewicht van zowat 1,25 ton.
Dat houdt de tube/schoorsteen in het water rechtstaande. Bovenaan hangt de tube aan een vierkante ring die met een 5 m lange kabel is bevestigd aan de boei. In die ring steekt een ‘soepele eenrichtingsklep’. Wanneer de boei stijgt, gaat die klep dicht, waardoor de waterkolom in de tube meestijgt. Daalt de boei, dan opent de klep en stroomt opgetrokken water bovenaan naar buiten.
Belgian Connection
De boei wordt van een schip of vlot op zijn plek overboord gezet. Het doek, dat rond de boei gewikkeld is, ontrolt vanzelf onder het gewicht van de zware, stalen bodem. De boei draait daarbij rond zijn as. Een ‘stopper’ aan beide uiteinden van de boei houdt het doek op zijn plek bij het ontrollen en voorkomt dat het in de war raakt. Voorbij die stoppers vertragen schoepen het ontrollen zodat de operatie beter gecontroleerd kan verlopen.
Het beklede polyesterdoek wordt onder andere gebruikt als dekzeil voor vrachtwagens. Leverancier is het Belgische Sioen, wereldleider in gecoat textiel. Fullam rekent dat het doekmateriaal, dat meer dan 800 kg weegt, een levensverwachting heeft van zo’n twee à drie jaar. “Later kiezen we misschien voor Dyneema dat wellicht vijf jaar kan halen.”
Biofoaling, aangroei met zeeleven, treedt eerder op bovenaan waar het licht door het water komt, maar kan wel een reden tot bezorgdheid zijn ook al heeft het systeem slechts een minimum aantal bewegende delen.
Leerfase
Het prototype van de ‘Wave Pump’, waarvoor een octrooi is aangevraagd, zit nog in zijn leerfase. Van het GEOMAR fonds kreeg men middelen om twee systemen in de praktijk uit te testen. Een eerste systeem is, in samenwerking met Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN) en Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), 140 zeemijl ten zuiden van El Hierro (de Canarische Eilanden) uitgezet.
De 200 m lange schoorsteen pompte er even 3.000 m³ water per uur naar boven. “Dat is de helft meer dan voorspeld was op basis van golfhoogte en periode”, rekende Philip Kithil, managing director van Ocean-based Climate Solutions. De aanhoudende deining en de vorm van de tube zorgen blijkbaar voor een momentum dat sterker wordt naarmate de waterkolom stijgt.
“We kunnen beginnen te praten met potentiële klanten over CO2-certificaten”, zegt Fullam die verwacht dat het nog wel anderhalf jaar zal vergen vooraleer het bedrijf hiermee echt commercieel kan gaan. In 2024 plant Ocean-based Climate Solutions, Inc. drie 400 m lange ‘upwelling’ pompen te bouwen om die in de buurt van Hawaii uit te zetten.
De ‘schoorstenen’ drijven vrij rond op de oceaan. Ze worden best wel even uit elkaars buurt (met een tussenafstand van twee mijl) neergelaten. “De boei is ontworpen om zo goedkoop mogelijk geproduceerd te kunnen worden”, aldus Fullam. Op die manier kan men vrij makkelijk lokaal produceren en transport beperken.
Onmiddellijk aan de slag
Ocean-based Climate Solutions is zeer kostengevoelig. Salvador Garcia, CRO (Chief Revenu Officer), legde uit dat het bedrijf SolidWorks en 3D Experience Works van bij de start inzet bij het ontwikkelen van zijn oplossing. “Aangezien alles in de cloud gebeurt, hoeven wij niet in te staan voor onderhoud en veiligheid. We hebben toegang tot alle applicaties die we ooit nodig zouden hebben. We konden ook onmiddellijk aan de slag.”
