Meer stromingsdynamica voor minder CO2-uitstoot

In de strijd tegen de klimaatopwarming worden er overal ter wereld tal van ingenieuze manieren ontwikkeld en ingezet om dat zo effectief mogelijk te doen. Stromingsdynamica speelt hierbij onder andere een belangrijke rol. Het zorgt ervoor dat vliegtuigmotoren minder brandstof verbruiken en windmolens efficiënter stroom leveren. 

Vermindering van CO2

Stromingsdynamica is de wetenschap die bestudeert hoe vloeistoffen en gassen voortbewegen; het bekendste deelgebied is allicht de aerodynamica. De fundamenten dateren al van de oude Grieken. Maar in de 20^ste eeuw was de Hongaarse wetenschapper Theodore von Kármán een grote naam in dit gebied. Een van de focuspunten van vandaag in het von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI) in Sint-Genesius-Rode is hoe stromingsdynamica kan helpen om de uitstoot van CO2 te verminderen, en dus de klimaatopwarming tegengaat. 

Minder kerosine verbruiken

“Vliegtuigmotoren minder kerosine laten verbruiken is daar een voorbeeld van”, zegt managing director Peter Grognard. “Zo’n motor is een complex samenspel van een compressor, een verbrandingskamer en een turbine. Aan het proces van de verbranding valt niet veel meer te verbeteren. Dus aerodynamica in de compressor en de turbine is nu de sleutel. Elk motoronderdeel proberen we te verbeteren en efficiënter te maken.” De brandstofbesparingen mogen dan incrementeel lijken – bij het VKI rekenen ze met tienden van een procent –, op de totale luchtvaartindustrie kan het tonnen CO2 schelen. 

Collectie windtunnels

“Anderzijds doen we bijvoorbeeld ook studies naar het coaten van vliegtuigvleugels, zodat er geen insecten meer aan plakken. Hoe minder dat gebeurt, hoe beter de luchtstroom rond de vleugel en hoe minder brandstof het vliegtuig nodig heeft. De aerodynamische weerstand van de vleugel kunnen we met krachtige computers modelleren en simuleren. Maar die modellen moeten we dan ook nog experimenteel testen. Vandaar dat we hier een collectie windtunnels hebben, waarmee we een heel breed bereik van windsnelheden kunnen testen. Er zijn er bij die snelheden tot Mach 15 kunnen simuleren, uniek in de wereld.” 

Switch naar alternatieve brandstoffen

“Ook de switch naar alternatieve brandstoffen zoals waterstof wordt bekeken”, zegt business development manager Peter Simkens. “Niet alleen in de luchtvaart, ook voor schepen en vrachtwagens. Als je genoeg waterstof wilt meenemen voor voldoende reisbereik, kun je die vloeibaar maken. Waterstof wordt echter maar vloeibaar bij de extreem lage temperatuur van -253 graden Celsius. Het ontwerpen van een brandstoftank die de waterstof voldoende lang vloeibaar kan houden, is een expertise die VKI heeft opgebouwd via projecten voor de waterstoftanks van de Europese Ariane-raketten.”

Sleutelrol van turbulenties

Maar niet alleen motoren neemt men onder handen. Er wordt bijvoorbeeld ook berekend hoe je het best windmolens in een offshore-windpark opstelt, voor een zo hoog mogelijke efficiëntie en stroomproductie. Alweer: turbulenties spelen hier een sleutelrol. “Ons meest recente onderzoekdomein is het kraken van nafta”, vertelt Grognard. “Kraken is een zeer courant proces in de chemie, waarbij grote oliemoleculen worden ‘opengebroken’ in kleinere moleculen om tot andere producten te komen. Zo worden bijvoorbeeld plastic of mestkorrels gemaakt.

Zulke installaties gebruiken zeer hoge temperaturen, rond de 1.000 graden Celsius. Momenteel wordt hiervoor fossiele brandstof verbrand. Wij zijn aan het bekijken hoe we dat met elektrische stroom gedaan kunnen krijgen. Als je dan groene stroom gebruikt, heb je meteen een CO2-neutraal proces. Het onderzoek staat nog in de kinderschoenen, maar dit is een veelbelovende technologie.”