De vlag ging uit bij transporttechnoloog Dingena Schott en haar team van de TU Delft. Niet alleen bedachten zij een ontwerpmethode voor een nieuwe grijper; de door Nemag gebouwde grijper blijkt ook nog eens te voldoen aan al hun voorspellingen op basis van de door hen gevalideerde modellen, testen en stimulaties. “Dat is nog niet eerder aan bod gekomen in de wetenschappelijke literatuur en zeker een kroon op ons werk”, zegt Schott. De Nederlandse grijper zou op alle havens ter wereld schepen sneller en duurzamer kunnen lossen. 

Dingena Schott

Vanuit Brazilië en Australië varen dagelijks enorme schepen met duizenden tonnen ijzererts, steenkool en andere bulkgoederen de haven van Rotterdam binnen. Hier zorgen kraanmachinisten ervoor dat die vracht snel en efficiënt wordt geleegd, zodat het kan worden opgeslagen of verdeeld over kleinere schepen die het via de Rijn naar staalfabrieken in Duitsland en Oostenrijk transporteren. Voor het lossen van zo’n vracht kan een kraanmachinist kiezen uit verschillende grijpers, afhankelijk van het bulk materiaal.

“De vraag is: hebben ze wel een optimale grijper voor het product dat ze willen lossen?” zegt Dingena Schott, die bij de afdeling maritieme en transporttechnologie van de faculteit 3ME onderzoek doet naar nieuwe technologieën voor haven gerelateerde transportlogistiek. “Het meest recente ontwerp voor grijpers is ongeveer vijftig jaar oud. Sinds die tijd zijn er geen principieel nieuwe ontwerpen op de markt gekomen”. Zouden schepen dus nog sneller gelost kunnen worden, zodat ze eerder terug kunnen varen om de volgende lading te halen?

Video created by Stef Lommen

Schott denkt van wel. Sterker nog, het onderzoek dat zij en haar team deden heeft inmiddels geleid tot een innovatieve grijper die de lostijd van een schip met tenminste tien procent verkort. De TU Delft ontwikkelde hiervoor de modellen, het inzicht en de ontwerpmethode en werkte samen met grijperfabrikant Nemag uit Zierikzee, die het nieuwe ontwerp bedacht. Nemag ontving deze week zelfs een prestigieuze award, een prijs die het International Bulk Journal uitreikt aan de meest innovatieve technologie voor vrachtafhandeling.

Op het eerste oog verschilt de nieuwe grijper weinig van de bestaande grijpers. Alle grijpers hebben twee schelpen met een scharnierpunt in het midden en een sluitmechanisme. “Het gaat erom dat je zoveel mogelijk materiaal per schep kunt meenemen”, zegt Schott. “Die hoeveelheid wordt beperkt door de kraan die op de kade staat, die maar een bepaald gewicht omhoog kan tillen. Kies je een hele zware grijper, dan dringt ‘ie weliswaar dieper in het materiaal, maar kan per greep niet zoveel meenemen. De ideale grijper is dus zo licht mogelijk en graaft zich toch goed in. Het is een soort van trade-off van massa en kracht”.

Maar waar begin je met het verbeteren van een vertrouwde grijper in de conservatieve wereld van de bulk-, op- en overslag? “Sinds 2007 gebruikt Schott de discrete elementen software als onderdeel van een innovatieve ontwerpmethode. Sinds de komst van deze techniek begrijpen we voor het eerst wat er precies gebeurt tijdens het grijpen van materiaal. Het stelt ons in staat om korrels ijzererts en de grijper te modelleren, hun gedrag tijdens het oppakken in een simulatie te bekijken en zo te bepalen of dat leidt tot een optimale vulling van de grijper. Dat laatste deden we eerst met de bestaande  grijper bij Tata Steel in IJmuiden voor het valideren van het model”.

 Dankzij de software kunnen Schott en haar team berekenen hoeveel kracht er precies nodig is voor het grijpen van zoveel mogelijk ijzererts-korrels . “Om de grijper te kunnen bewegen, moet je bovenaan de kabels trekken. Dan probeert de grijper te sluiten, maar door de weerstand van het ijzererts zal dat steeds langzamer gaan. Om dezelfde snelheid te houden, moet je dan harder aan de kabels trekken”, zegt Schott. Om de dynamica van de grijper samen met het ijzererts goed te begrijpen, koppelde ze deze met het discrete elementen model. Het  verschil tussen de bestaande en de nieuwe grijper zit ‘m in het totale ontwerp: zowel het nieuwe mechanisme als de nieuwe schelpvorm zorgen ervoor dat de verhouding tussen de uitgeoefende krachten en de vulling van de grijper optimaal is. Daardoor wordt een schip uiteindelijk in tien procent minder tijd gelost. 

En wat blijkt? Waar ontwerpers tot nu toe met trial en error een nieuw concept probeerden, voldoet de nieuwe grijper van Nemag voor het eerst aan alle voorspellingen die de TU Delft deed op basis van de door hen gevalideerde modellen, testen en stimulaties. “Dat is nog niet eerder aan bod gekomen in de wetenschappelijke literatuur”, zegt Schott. “We hebben hier dan ook de vlag uitgehangen, omdat het wetenschappelijk gezien de kroon is op ons werk. Bovendien vind ik het als wetenschapper gaaf dat ons onderzoek leidt tot een concrete verbetering voor een Nederlands bedrijf dat wereldwijd de markt bedient”.

Het is al een flinke efficiëntieslag. Naast de productiviteit die met 10 procent toe is genomen, weegt de grijper 15 procent minder. Daardoor zijn minder schaarse grondstoffen nodig. Bovendien liggen schepen minder lang in de haven te wachten en te lossen, wat voor een aanzienlijke emissiereductie zorgt. Maar het kan nog optimaler.

De ambitie van Schott is om in de toekomst nóg sneller te lossen door een dynamische grijper te maken die zichzelf aanpast. Bovendien gaat het niet alleen om de grijper, maar ook om de kraan waar de grijper met kabels aanhangt. “We hebben nu alleen het grijperontwerp aangepast, want bovenin de kraan konden we nog geen dingen veranderen”, zegt Schott. “Maar eigenlijk zouden we niet alleen de grijper, maar ook de interactie met de kraan willen optimaliseren.

Momenteel werkt er een promovendus aan het ontwikkelen van modellen voor andere soorten bulkmateriaal. De eigenschappen van materiaal, zoals korrelvorm, textuur en stijfheid, zorgen er namelijk voor dat elk materiaal zich anders ‘gedraagt’. Dit heeft invloed op de stroming binnen in de grijper. Denk aan droog zand dat gemakkelijker stroomt dan nat zand. Door de analyse van allerlei soorten substanties kunnen we de grijper nog verder ontwikkelen. Uiteindelijk willen we uiteraard een grijper die voor alle producten en onder alle omstandigheden optimaal presteert.

Lees het persbericht van Nemag: ‘ Nederlandse grijperfabrikant Nemag wint prijs voor innovatie’.