Nanoverf en ultrageluid bieden eco-oplossing voor boten

Nanowaves wil zich positioneren in de wereld van yachting met een eco-vriendelijke oplossing voor het ernstige fouling-probleem waarmee vaartuigen wereldwijd af te rekenen hebben.

Trefwoorden: #biofilm, #coating, #Nanowaves, #topcoat, #verf, #yacht

Lees verder

Magazine

( Foto: Cap Gemini )

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - De nano-gestructureerde topcoat van Nanowaves (opgericht door Denis Ruyssen en Nicolas Lippens) bemoeilijkt het hechten van zeeorganismen op de scheepsromp en de kiel. In tegenstelling tot handelsschepen liggen yachten echter vaker stil waardoor biofilm, algen en pokken meer kans krijgen om zich vast te zetten. Om dat te voorkomen werkte Nanowaves een systeem uit met coating én ultrageluid.

Aangroei van maritieme organismen
- fouling - is een gigantisch én wereldwijd probleem. Het vertraagt boten en schepen. Het doet het brandstofverbruik stijgen en daarmee ook de emissies. Om dat tegen te gaan waren er tot nu toe twee oplossingen: instrijken met een harde of een zachte anti-fouling coating met biociden. Bij zachte anti-fouling slijt tijdens het varen telkens een laagje van de anti-fouling af.

Hierbij komen de biociden uit de anti-fouling vrij en wordt aangroei voorkomen. Uiteindelijk slijt de zachte anti-fouling na bepaalde tijd volledig weg. Harde anti-fouling daarentegen is poreus. De biociden in deze anti-fouling lossen langzaam op en voorkomen aangroei. Beide types verven hebben een beperkte levensduur en geven toxische stoffen af met een negatieve impact op het milieu. Bovendien, eenmaal uitgewerkt, is er helemaal geen rem op de aangroei. Vandaag beperkt regelgeving steeds meer het gebruik van toxische stoffen.

Europees onderzoeksproject
In 2005 startte het Waalse Nanocyl met 31 onderzoeksinstellingen en bedrijven het vijf jaar durende EU-onderzoeksproject Ambio (Advanced Nanostructured Surfaces for the Control of Biofouling) om verschillende nanogestructureerde coatings te ontwikkelen waarop zee-organismen zich niet gaan hechten.

Het project was goed voor een budget 17,9 miljoen euro waarvan 11,9 miljoen betaald door de EU. Op het einde van de rit - in 2009 - verwierf Nanocyl het patent. «Ik moest een industriële partner vinden om de onderzoeksresultaten naar een commercieel product te trekken», zegt Denis Ruyssen, die toen bij Nanocyl werkte. «Dat kon ik samen met Lippens die onze nanobuisjes in een van zijn bestaande producten wist in te bouwen en te optimaliseren.»

B2B-verfproducent Lippens deed jaren research naar milieuvriendelijke oplossingen voor maritieme fouling. «Onze eerste generatie 'fouling release coating' behaalde zonder meer performante release-eigenschappen. Anderzijds waren de mechanische eigenschappen van dit type siliconegebaseerde fouling release verven naar onze eigen mening te kwetsuurgevoelig om ze intensief te commercialiseren», aldus Nicolas Lippens.

«Een tweede generatie van deze technologie had daarentegen duidelijk betere mechanische eigenschappen, maar was dan weer 'applicatie-onvriendelijk'.» In deze ontwikkelingsfase kruisten de wegen van Nanocyl en Lippens elkaar. Ze brachten hun beide technologieën samen en testten die uitvoerig.

Op 16 locaties de wereld rond - in Australië, Zuid-Oost Azië, België, Nederland, de Middellandse Zee, de Caraïben,... - zijn in 2010 testplaten in zee gehangen. Ook in het tropische Martinique waar de hogere watertemperatuur zorgt voor meer groei van organismen. Bovendien is het seizoen er langer, zodat er op korte tijd meer getest kan worden.

Na bevestigende evaluaties van de testplaten volgden begin 2011 veldproeven op boten en jachten. Nu is er dus al zo’n 3,5 jaar praktijkervaring met de Nanowaves coating. In het Europese FP7-onderzoeksproject SUN wordt de levenscyclus van de verf onder reële omstandigheden verder onderzocht. Via Nanocyl zal ook Nanowaves actief zijn in dit project dat een budget van 14 miljoen euro heeft en waaraan 35 partners deelnemen.

Combinatie van eco-verf en eco-oplossing
Anderzijds, zo wordt toegegeven, voorkomt de nanoverf niet dat organismen zich op de romp plaatsen maar het bemoeilijkt wel een stevige hechting. Nanowaves is dus geen 'anti-fouling'-verf in de strikte betekenis van het woord, maar eerder een 'de-fouling'-verf die het losvaren van die organismen mogelijk maakt.

Een 'easy-to-clean'-coating die geen jaarlijkse herschildering vergt. De frequentie van de reiniging hangt af van het seizoen, van de regio in de wereld en het soort water waarin het schip zich bevindt. In het koude water van het noordelijke halfrond duiken om de romp van je yacht te reinigen, is heel wat minder uitnodigend dan in warmere gebieden zoals Martinique... Maar ook hiervoor heeft Nanowaves een oplossing bedacht.

Ultrasone ondersteuning
Om de reinigingscycli te vermijden koos Nanowaves voor een ultrasone ondersteuning. Hiervoor ging het een partnership aan met het Belgische Harsonic dat een gepatenteerde ultrasone technologie inzet om biofilm - de eerste stap van eventuele fouling - te helpen voorkomen. «Vermijd je de biofilm, dan voelen de organismen zich niet aangetrokken om zich te nestelen en te ontwikkelen.»

Het ultrasone geluid - voor de mens onhoorbaar geluid/trilling boven de 20 kHz - wordt opgewekt door een transducer. Die produceert geluidsgolven met piezo-elektrische componenten. Een transducer bevat één of meer piezo-elektrische kwartskristallen. Als er een elektrische stroom doorheen gestuurd wordt, veranderen die voortdurend van vorm. Dat produceert trillingsgolven.

Naargelang de frequentie van die golven zullen ze dieper in een medium doordringen. Elk organisme heeft een eigen frequentie. De juiste zal de vacuolae - de met vocht gevulde blaasjes waaruit micro-organismen en algen bestaan - stuk trillen, zodat die niet kunnen overleven. Wanneer de boot stilligt, in de marina of voor de kust, moet het ultrageluid opstaan.

De transducers van Harsonic hebben een diameter van zo’n 6 cm diameter en zijn een 6 cm hoog. Men plaatst één of meer transducers op de binnenkant van de boeg/kiel. Het Harsonic-systeem werkt op aluminium, staal en polyester dat de trilling voortplant. Eén transducer volstaat om zo’n 40 m² - een 11 meter lange boot - te vrijwaren van biofilm.

Zet je meer transducers op de juiste plaats, dan kan je een grotere boot bedienen. De transducer, die vanuit de sturing een voeding krijgt van 6V, heeft een laag verbruik. Aan de wal kan het ook op 220V. De technologie blijkt ongevaarlijk voor mensen of vissen. Evenmin registreert men een degradatie van het ondergrondmateriaal.

Product met een handleiding
Vorig jaar liepen de eerste ultrasoonproeven, naar aanleiding van de boatshow METS in Amsterdam. «Dit jaar zoeken we eindgebruikers om het gehele systeem te installeren. Tegen eind 2014 hopen we een honderdtal referentieklanten te hebben», zegt Ruyssen.

Er lopen vandaag projecten in Costa Rica, Frankrijk, Spanje, België, Nederland, Engeland, Servië. Zo komt Nanowaves snel op de globale markt. «We bieden met dit systeem - coating met ultrasound - een propere romp met minimaal onderhoud gedurende vijf jaar.»


(foto's: LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet

Kadertekst 1:
De nieuwe Nanowaves-coating bevat geen toxische producten. Het is evenmin een ablatieve verf. In de coating worden industriële meerwandige, zogenaamde multiwall-nanobuisjes gemengd. Nano-expert Nanocyl uit Sambreville selecteert de juiste ‘grade’ en zorgt voor een homogene dispersie in de masterbatch van verffabrikant Lippens.

De ‘oppervlaktespanning’ van de toplaag en de specifieke kratervorming op nanoschaal voorkomt dat organismen een stevige hechting of ‘grip’ krijgen op het oppervlak. Wanneer er dan stroming ontstaat -doordat de boot vaart- is de wrijving van het water voldoende om aangroei er af te rijden.

Een bijkomend voordeel van de coating is zijn hydrofobe karakter waardoor een behandelde yacht minder weerstand zal ervaren. De coating werkt zowel in zoet-, brak- als zeewater. Hij is verkrijgbaar in vier kleuren: donker blauw, rood oxide, grijs en zwart.


Kadertekst 2:
Voor handelsvloten
Terwijl Nanowaves focust op de yachting en super-yachting wereld, zal Lippens de handelsscheepvaart aanspreken met zijn coating. Er lopen al bijna twee jaar proeven met de coating op grote handelsschepen. «Op de reeds behandelde schepen is er een bevestigde brandstofbesparing van gemiddeld 6% vastgesteld.

Een Capesize -een vrachtschip dat zo groot is dat het niet door het Panama-kanaal kan- verbruikt op volle snelheid 65 ton fuel per dag en in ‘eco speed’ nog steeds een 40 ton. Zes procent minderverbruik vertaalt zich in een heuse verlaging van de kosten, een verlaging van de CO2-uitstoot en een groener imago voor de rederij», zegt Jean-Paul Lippens, CEO van niche-verffabrikant Lippens in Evergem.

«We hebben hier tien jaar aan gewerkt. Onze coating is biociden-vrij en bevat geen zware metalen. Gecombineerd met de mechanische weerstand en de nanostructurering maakt dat een uniek product.» Bureau Veritas certificeerde Lippens en het Coating Research Institute bestatigde dat Nanowaves geen zware metalen of biociden bevat.

«De maritieme markt is een zeer grote maar duidelijk ook moeilijk penetreerbare markt. Als klein bedrijf moeten we ons elke dag opnieuw bewijzen. Belangrijk hierbij is een referentiekader uit te bouwen.»

Lippens, opgericht in 1947, leverde oorspronkelijk aan de spoorwegen en later ook aan het leger (tanks), de luchtmacht (vliegtuigen),... Het moeilijke werk. Tenslotte volgde ook maatwerk voor de industrie. Vandaag telt het familiebedrijf, dat een jaarcapaciteit heeft van 3 à 4 miljoen liter, 25 mensen.