Het is herrie onderwater. Voortdurend scheepvaartgeluid verstoort het zeeleven. Binnen het Europese project SATURN ontwikkelde MARIN een ontwerptool voor stillere en zuinigere scheepsschroeven en paste deze toe om een schroef voor een veerboot te ontwerpen. Daarnaast onderzocht het de inzet van luchtbellen om onderwatergeluid te verminderen.
Onderzoekers krijgen steeds meer oog voor de gevolgen van onderwatergeluid voor het zeeleven. Harde geluidsbronnen, zoals heien, staan al langer in de belangstelling vanwege de schade die ze kunnen veroorzaken. ‘Onderwatergeluid van schepen kreeg lange tijd weinig aandacht’, vertelt Johan Bosschers, Senior Researcher bij MARIN. ‘Sinds 2008 moeten Europese landen ook rekening houden met onderwatergeluid bij het beschermen van de kwaliteit van zeeën en oceanen (vastgelegd in het Marine Strategy Framework Directive). Dit heeft geleid tot regelgeving voor heien op zee. Regelgeving voor scheepsgeluid ontbreekt nog, omdat niet duidelijk is welk geluidsniveau aanvaardbaar is. ‘Aan de onderzoekers van SATURN was het de taak uit te zoeken wat een aanvaardbaar geluidsniveau is en welke oplossingen het meest stil en brandstofefficiënt zijn.’
Imploderende waterbellen
‘Cavitatiegeluid is momenteel een van de belangrijkste bronnen van onderwatergeluid’, legt Bosschers uit. ‘Als een scheepsschroef draait, ontstaan door drukverlaging kleine dampbellen. Zodra de waterdruk weer toeneemt, storten de dampbellen in. Dat veroorzaakt het karakteristieke onderwatergeluid van een scheepsschroef. Dat verschijnsel heet cavitatie.’ Door aanpassing van de schroefgeometrie kan cavitatiegeluid gereduceerd worden, maar zo’n schroef gebruikt meer brandstof. MARIN onderzocht een methode om het cavitatiegeluid te verminderen door luchtbellen vlak bij de schroef in het water te blazen. Die luchtbellen zorgen ervoor dat de dampbellen minder hard imploderen, waardoor ook het onderwatergeluid afneemt. Testen met een modelschroef in MARIN’s Depressurised Wave Basin, een unieke onderzoeksfaciliteit waar scheepsmodellen onder realistische omstandigheden worden getest, laten veelbelovende resultaten zien. ‘Wel moet de techniek om de luchtbellen op de juiste plek in de waterstroming te brengen nog verder worden verbeterd.’
Marineschepen
Luchtbellen kunnen niet alleen het geluid van de schroef verminderen, maar ook het geluid van de machinekamer. Daarbij worden luchtbellen onder de romp van het schip geblazen. De luchtbellen vormen een isolerende laag die voorkomt dat geluid zich via de romp onder water verspreidt. De techniek is niet nieuw, vertelt Bosschers: ‘Amerikaanse marineschepen maken er al gebruik van, maar daarover is weinig openbare informatie beschikbaar. Onderwatergeluid van marineschepen is namelijk vertrouwelijk, omdat onderzeeboten die informatie kunnen gebruiken om een schip te detecteren.’ Het inblazen van lucht onder de romp wordt al gebruikt om de weerstand van het schip te verlagen (luchtsmering), maar deze proeven laten zien dat luchtsmering ook het onderwatergeluid kan verminderen. Daardoor is minder brandstof nodig en wordt het onderwatergeluid verlaagd.
CO₂-uitstoot
De maatregelen voor een stiller schip zijn niet altijd gunstig voor het brandstofverbruik. Sommige aanpassingen verminderen het onderwatergeluid, maar verhogen juist de weerstand en daarmee de CO2-uitstoot en de operationele kosten. Daarom ontwikkelde MARIN een ontwerptool waarmee schroefontwerpers al in een vroeg stadium verschillende ontwerpkeuzes kunnen afwegen. Zo vinden zij de beste balans tussen geluidsreductie en brandstofverbruik, nog voordat een schip wordt gebouwd.