Deirdre van Gameren maakt cruiseschepen duurzaam en circulair

Deirdre van Gameren studeerde af in Building Technology aan de TU Delft. Ze past methoden en technieken uit de gebouwde omgeving toe op de verduur-zaming van ‘Drijvende steden’ met als doel het netto energiegebruik en de uitstoot in C02-equivalenten van cruiseschepen naar nul te brengen en de stromen op de schepen circulair te maken.

De cruisesector heeft een gemiddelde groei van 6,9% per jaar. In 2019 waren er 272 cruiseschepen in de vaart en het aantal passagiers was circa 30 miljoen, dit is een stijging van 12,2 miljoen passagiers ten opzichte van 2009. Het probleem van cruiseschepen is dat afvalstromen in de natuur terechtkomen, wat een negatieve invloed heeft op het milieu. Voor mijn afstuderen heb ik onderzoek gedaan naar hoe het beheer van deze afvalstromen verbeterd kan worden. Tevens heb ik onderzocht of bestaande technieken en methodes – die gebruikt worden om de gebouwde omgeving te verduurzamen – ook toegepast kunnen worden in de cruisesector. Met dit onderzoek wil ik bijdragen aan de ontwikkeling van duurzame, circulaire cruiseschepen.

Steden en cruiseschepen

Cruiseschepen vertonen veel overeenkomsten met steden. De dagelijkse behoeften en activiteiten die mensen in een stad vinden en doen, zijn ook te vinden op een cruiseschip, zoals accommodatie, sportscholen, restaurants, zwembaden, winkels, bars en een theater. Hiernaast zijn er ook vergelijkbare afvalstromen te vinden zoals gassen (luchtverontreiniging door motoren), afvalwater (riolering en drinkwater) en vast afval (voedsel, plastic, producten, etc.).

Afvalstromen

Tijdens mijn onderzoek heb ik gefocust op drie afvalstromen: de gasvormige afvalstromen, de vloeibare afvalstromen, en de vaste afvalstromen. Dit zijn lineaire processen, dus niet circulair, een deel van de afvalstromen komt terug in het milieu. Ik heb in kaart gebracht wat in het schip komt, welke systemen hierbij betrokken zijn, en wat het schip verlaat en in het milieu terechtkomt. In dit onderzoek worden drie ambitieniveaus gebruikt waar een cruiseschip naar kan streven:
1. Volledig circulair,
2. Samenwerking tussen het schip en het land
3. Positief effect op het milieu. In het laatste scenario zet de cruise-industrie een extra stap en helpt ze met het behouden en schoonmaken van het milieu.

Roadmaps

Het meest optimale cruiseschip kan gevormd worden door een combinatie van de genoemde roadmaps. De gasstroom kan als volledig circulair gezien worden wanneer waterstof wordt gebruikt in combinatie met een brandstofcel en batterijen. De waterstof wordt geproduceerd aan boord, zodat er geen emissies vrijkomen tijdens het vervoer en de benodigde elektrische stroom voor de elektrolyse afkomstig is van hernieuwbare bronnen als wind- en zonne-energie. De vloeibare en vaste afvalstromen kunnen (nog) niet als volledig circulair gezien worden. Dit komt door de vervuilende stoffen die nog in het afvalwater zitten, door de behoefte aan nieuwe producten en doordat nog niet alle producten aan boord hergebruikt of gerecycled kunnen worden.

Toch kunnen door enkele slimme toevoegingen deze twee stromen verbeterd worden. Zo kan uit het afvalwater warmte teruggewonnen worden en kan biogas en biodiesel geproduceerd worden door het toevoegen van een anaerobe vergister en algen. De vaste afvalstroom kan verbeterd worden door het principe reduce, reuse, recycle toe te passen en eenmalig plasticgebruik te verbieden.

Naast verbetering van de afvalstromen, kunnen ook bestaande methodes en technieken uit de gebouwde omgeving toegepast worden op cruiseschepen. Als eerste de New Stepped Strategy (NSS ) die is gemaakt als vervanging voor de welbekende Trias Energetica. Deze strategie bestaat uit 3 stappen:
1. Verminderen van de energievraag door passief, slim en bioklimatisch ontwerp
2. Hergebruik van de reststromen (afvalwarmte, -water, -materiaal)
3. Duurzaam oplossen van de resterende vraag en het resterende niet-giftige afval gebruiken als voedsel voor het milieu. Ook het Turntoo-model, waarbij producten en materialen als dienst worden gezien, kan toegepast worden. Deze methode gebruikt het materiaalpaspoort waarmee materialen kunnen worden teruggewonnen. Net als gebouwen kunnen we ook cruiseschepen als materialenbank zien. Tevens kan het Cradle to Cradle certified product program toegepast worden, zodat er duurzame producten aan boord gebruikt worden, zoals duurzame verf, isolatie van zeewier, en natuurlijke en synthetische vezels voor meubels.

Energie besparen en opwekken

Door het implementeren van deze bestaande methodes en technieken kan het uiterlijk van het schip van binnen en buiten veranderen. Zo kan er gekozen worden voor een catamaranontwerp, waardoor de benodigde energie voor de voorstuwing van het schip verminderd wordt (NSS 1). De balkons kunnen worden voorzien van een tweede huid, die bedekt is met solar-filmed glass en de romp van het schip van een PV-film. Beide opties wekken elektriciteit op, wat onderdeel is van de derde stap van de NSS . Ook kan windenergie toegepast worden door windturbines te implementeren of door intrekbare zeilen te plaatsen die zonne-energie opwekken. ’s Nachts wijst het glow in the dark deck de weg naar binnen. Gedurende de dag heeft het dek de zonne-energie opgevangen waardoor de energiebehoefte voor verlichting afneemt.

Verwarmen en koelen van schip

Veel energie is nodig voor het verwarmen en koelen van het schip. De energie-efficiëntie kan geoptimaliseerd worden door het toepassen van een warmtepomp en het uitwisselen van energie (NSS 2). Het principe van het uitwisselen van energie komt uit de bouwsector. Functies met een hoge koelvraag kunnen hun warmte uitwisselen met een functie die een hogere verwarmingsvraag heeft. Zo kunnen openbare ruimtes die gekoeld moeten worden of de ijsbaan hun energie uitwisselen met het zwembad. Wanneer de energiebehoefte niet in balans is, kunnen energiespecifieke functies orden toegevoegd in de ontwerpfase.

Groen park en vertical farm

Binnenin het schip bevindt zich een groen park met planten, bomen en een groene muur. Planten helpen de binnenluchtkwaliteit te verbeteren en hebben een positief effect op de mentale gezondheid van de passagiers en bemanning. Tevens kan een vertical farm toegepast worden zodat het schip haar eigen voedsel kan kweken.

Onderzoekslab

In een onderzoekslab onder het zeeniveau kan onderzoek worden gedaan naar de temperatuurveranderingen en kwaliteit van de zee en lucht, naar de getijden en het zeeleven. Het schip kan in de toekomst over apparatuur beschikken dat plastic en ander vuil uit de zee kan halen en verontreiniging uit de lucht. Deze extra toepassingen komen uit ambitieniveau 3: Positief effect op het milieu. Kortom, dit toekomstige cruiseschip heeft alles te bieden wat een ‘normaal’ cruiseschip te bieden heeft, alleen op een duurzame manier. De passagier wordt nog steeds in de watten gelegd, maar verlaat het schip met meer kennis en bewustzijn over de impact van zijn of haar dagelijkse activiteiten op het milieu en weet nu hoe dit omgezet kan worden in een positieve bijdrage. Met dit onderzoek is de eerste stap gezet naar duurzame circulaire cruiseschepen, die bijdragen aan een duurzame toekomst. Zodat de volgende keer dat een cruiseschip vertrekt, er geen schade wordt aangebracht aan het milieu.

Toptalent

Als kind beleefde Deirdre van Gameren een cruisevakantie en begreep daardoor deze betoverende en fascinerende vorm van reizen. Het is niet verwonderlijk dat veel mensen zich laten verleiden tot een verblijf op een drijvend all-inclusive hotel dat weidse wateren, interessante kusten en fraaie havensteden aandoet. Maar cruiseschepen verstoken veel ruwe olie en diesel en stoten daarmee giftige gassen uit, lozen afvalwater en produceren grote hoeveelheden afval. De CO2-voetafdruk per passagierkilometer van dit soort schepen is nog hoger dan van vliegtuigen.

Het was een gewaagde keuze van Deirdre om haar onderzoek aan de Faculteit Bouwkunde, afstudeerrichting Building Technology, te richten op het duurzaam en circulair maken van cruiseschepen. Immers: hoezo houdt een bouwkundige zich bezig met scheepvaart? Maar dat maakte ze overtuigend duidelijk. In haar aanpak gebruikte Deirdre de zogenaamde Cityzenmethode. Deze aanpak voor stedelijke energietransitie, ontwikkeld in het gelijknamige Europese onderzoeksproject, was al meermaals gebruikt bij het uitwerken van voorstellen en routekaarten voor energieneutrale steden. Met hun passagiersaantallen, hotelkamers, restaurants, bars, winkels, toiletten, zwembaden, sportfaciliteiten, gokpaleizen, wellnesscenters, zonneterrassen en alle voorzieningen en installaties die deze functies mogelijk maken, zijn cruiseschepen niet anders dan drijvende steden. Hun emissie van afvalstoffen doet ook niet onder voor grote agglomeraties aan land. Het is daarom niet gek dat Deirdre de City-zenmethode gebruikte om stapsgewijs het ontwerp en de organisatie van cruiseschepen door te lichten en daarmee tot voorstellen voor verduurzaming te komen.

Het was voorwaar geen gemakkelijke opgave voor een bouwkundige die ineens alles moest leren van chemie en werktuigbouwkunde teneinde de ingewikkelde grondstoffen- en afvalstromen te kunnen doorzien. Deirdre heeft dit op uitstekende wijze gedaan. Ze ontwikkelde verschillende scenario’s waarmee het netto energiegebruik en de uitstoot in CO2- equivalenten naar nul konden gaan en de stromen op het schip – al dan niet in samenwerking met faciliteiten aan de wal – circulair gemaakt konden worden. In haar eindvoorstel weet ze een superduurzaam cruiseschip te combi- neren met extra kwaliteiten, waarmee de belevenis van deze bijzondere vorm van vakantievieren ook duurzame meerwaarde krijgt. Wij vonden Deirdres project door de integrale en transdisciplinaire aanpak
van uitmuntende kwaliteit. De goed verstaander weet wat daarmee haar eindcijfer werd. Sindsdien staat de jonge ingenieur en haar werk volop in de belangstelling van internationale cruise-operators. Een student om ontzettend trots op te zijn.

Afstudeermentoren TU Delft:
Prof.dr.ir. Andy van den Dobbelsteen – Climate Design & Sustainability
Dr.ir. Nico Tillie – Urban Ecology

Tekst: Deirdre van Gameren