Nederlanders bouwen eerste vliegende waterstofboot ter wereld

Het Hydromotion Team van de TU Delft legt de laatste hand aan de eerste vliegende waterstofboot ter wereld. Het team van 25 studenten, allemaal vrijwilligers, werkt al bijna een jaar tot in de avonduren aan de boot die naar verwachting een revolutie in de maritieme wereld zal veroorzaken. FHI sprak met Chief Electronics Peer Kalk over de elektronica in de vliegende boot.  

De 22-jarige student is plenaire spreker tijdens het D&E event op 17 mei in Evoluon. Ondanks zijn jonge leeftijd is Kalk geen onbekende op het gebied van vernieuwende aandrijftechnieken voor watervoertuigen. Hij maakte eerder deel uit van het beroemde Solar Boat Team van de TU Delft. Dit team ontwikkelde zogenoemde ‘zonneboten’ die werden aangedreven door zonne-energie. Na 15 jaar besloten de teamleden om het over een andere boeg te gooien. Kalk legt uit waarom: “We deden mee aan wedstrijden in Monaco en merkten al een tijdje dat het vernieuwende eraf was. We zagen steeds dezelfde boten met dezelfde mensen die dezelfde technieken gebruikten. De groei was eruit en we wilden wat nieuws proberen.”

Duurzaam alternatief

“Al snel ontstond het idee om de mogelijkheden van waterstof te onderzoeken. Dat bleek zó goed te werken dat we besloten om te stoppen met de zonneboten en vol in te zetten op waterstof. Dat was een grote stap, maar we hebben nooit spijt gehad van onze beslissing.  In 2021 bouwde het Hydromotion Team de winnende zonneboot om tot de allereerste foilende waterstofboot ter wereld. Dit jaar maken we de eerste boot waar alle systemen rond waterstof in gebouwd zijn. Daar ben ik best trots op. We hebben laten zien aan de maritieme sector dat het mogelijk is en daarmee hebben we ook een nieuw duurzaam alternatief geïntroduceerd voor diesel en benzine. Waterstof is niet-vervuilend, stabiel en kan in Nederland worden opgewekt. Daarnaast is het opwekken goedkoper dan vervuilende alternatieven. Tijdens het D&E event wil ik andere partijen inspireren om hier ook mee aan de slag te gaan.”

High en low power PCB’s

“Ik zal tijdens het event inzoomen op de technische aspecten van de vliegende waterstofboot. Het hart van de boot is de software die we zelf ontwikkelen. Ook de hardwarecomponenten bouwen we in huis en solderen we zelf op de printplaten (PCB’s). We werken met twee printplaten: een high power en een low power PCB. De high power zorgt voor de koeling van alle high power systemen en het aansturen van de brandstofcel en de motorcontroller. Het high power-EMS (energy management system) houdt ook bij hoe vol de batterijen zitten, want we kunnen nog niet 100% op waterstof varen. We hebben batterijen nodig als buffer om de brandstofcel te helpen. Die kan niet altijd direct reageren op kleine fluctuaties in de motorcontroller. Zo zorgt de high power ervoor dat alle systemen goed samenwerken en op temperatuur blijven.”

Energy management system

“Het low power-EMS stuurt de pompen aan waarmee we water uit de boot kunnen halen en het houdt de lage systemen bij. De low power zorgt dus voor het aansturen van de buffer, zodat we die kunnen openzetten als het nodig is en het zorgt ervoor dat de 24 volt-converter juist aangestuurd wordt. Die twee samen, de high en low power, zijn ons energy management system. Daarnaast hebben we een dashboard waar alle knoppen voor de copiloot op binnenkomen. Die bestaat uit vier knoppen waarmee we verschillende systemen op de boot aansturen. De knoppen worden volledig hardware-geschakeld met de rest van de boot. De eerste knop zorgt ervoor dat onze back up battery aangaat als dat nodig is. Daarmee zetten we onze 24-volt aan als we voor de eerste keer aan boord komen en kunnen we al onze PCB’s in één keer van vermogen voorzien en de sensoren en fans van de buffer aanzetten. De fans zetten onze waterkoeling om naar luchtkoeling in de waterdichte dozen van de buffer. Zo is het mogelijk om de hele boot te controleren voor we ermee gaan varen.”

Recht liggen

“Met de tweede knop zetten we de 24 volt-converter aan en ook de buffer waar de pompen op zijn aangesloten. De derde knop is voor de motor-controller en de laatste knop voor de brandstofcel. Dit jaar hebben we extra aandacht besteed aan de veiligheid en daarom zijn alle knoppen hardware geschakeld. Dus als we de tweede knop uitzetten, dan vallen de derde en vierde knop ook automatisch uit. Dit is volledig doorgeschakeld naar de rest van het systeem. Als één knop wordt uitgezet, is er geen hoog voltage meer op de boot en dat is voor de veiligheid zeer wenselijk.”

“Als er onverhoopt een lek is in de waterstoftank gaat de buzzer aan, zodat de piloot en copiloot direct in actie kunnen komen. Ook zit er een PCB in het stuur die de informatie van alle knoppen verwerkt en dáárachter hebben we een kleine PCB bevestigd die het display aanstuurt. Zo kan de piloot zien hoe snel de boot gaat en wat het vermogen en de temperaturen zijn van de verschillende apparaten aan boord. Tot slot heeft elke vleugel een eigen height control PCB. Die zorgen ervoor dat de vleugels goed geactueerd worden. De sensoren op de vleugels meten onder andere welke hoeken de foils moeten aanhouden en sturen die informatie naar de actuatoren. De sensoren meten ook de afstand tot het water en de hoek van de boot. Zo weten we zeker dat de boot recht blijft liggen tijdens het varen.”

Partners

“We ontwerpen de PCB’s zelf, maar werken wel intensief samen met andere partijen. Zo laten we de PCB’s produceren bij Eurocircuits. De waterdichte kabels en device connectors bij Phoenix Contact en Würth Electronics levert onder andere de capacitors en ledlampjes. We hebben tientallen partners, commercieel en niet-commercieel, die ons steunen bij de ontwikkeling van onze boot en dat is ook nodig want het is een gigantisch project.”  

Presentatie bijwonen?

Kalk en zijn 24 teamgenoten zetten op dit moment de laatste technische puntjes op i van de vliegende waterstofboot. Ze zijn sinds januari aan het testen en willen de boot in mei voor het eerst te water laten. In juli zal het team meedoen aan de Open Sea Challenge in Monaco. Tussen de bedrijvigheid door maakt Peer ook nog tijd vrij voor zijn presentatie tijdens het D&E event. “Hopelijk kan ik tijdens D&E partijen duidelijk maken hoe het elektronisch design van onze boot in elkaar steekt. Dan heb ik mijn doel bereikt.”

Wilt u Peer Kalk live horen spreken over de vliegende waterstofboot? Meld u dan gratis aan voor het D&E event op 17 mei in Evoluon Eindhoven via deze link: https://fhi-wpn.acceptatie.indicia-interactiv.nl/dene/.