De Starship is een ‘hyper aerodynamische’ truck ontwikkeld en gebouwd door de Airflow Truck Company in samenwerking met Shell. De zware truck is met behulp van bestaande technologieën dermate geoptimaliseerd dat een verbetering op de vrachtton-efficiëntie van 248 procent is gerealiseerd. De optimalisaties zijn daarbij te vinden in het aerodynamische ontwerp, het gebruik van lichtgewicht materialen, optimalisatie van de aandrijflijn en de toepassing van lage viscositeit synthetische smeermiddelen. [INHOUD | INDEX TTMnl2018_6_56]
‘Een laboratorium op wielen’ wordt de Starship respectvol genoemd door haar ‘founding fathers’ Shell en AirFlow Truck Company. En niet voor niets. Begin juni van 2018 maakten de bedrijven namelijk de resultaten bekend van de eerste proefrit die de grote geoptimaliseerde truck maakte van San Diego naar Jacksonville. Een reis van 3700 km, van kust-tot-kust waarbij het gewicht van de truck en lading gezamenlijk ongeveer 33.112 kg bedroeg (het laadvermogen is 18.098 kg). Een ‘echt’ transport onder echte omstandigheden; inclusief ongeplande stops en zware regenbuien.
Met deze rit wilden beide partijen aantonen dat het door toepassing van huidige, bewezen technologieën, mogelijk is om de zogenaamde ‘vrachtton-efficiëntie’ bijna 2,5 keer te verbeteren. De berekening van de vrachtton-efficiëntie staat beschreven in het kader en is een populaire meeteenheid omdat het zowel de te transporteren lading in de berekening betrekt als de hoeveelheid brandstof die hiervoor nodig is. In concrete cijfers reed de truck uiteindelijk 3,8 km op 1 liter diesel en versloeg hiermee ruim het gemiddelde verbruik in de Verenigde Staten dat ligt op 2,7 km per liter. Het meest optimale verbruik gedurende de reis is gemeten op 4,2 km per liter; een verbetering van bijna 224 procent.
De ontwikkeling
De initiatiefnemer voor deze efficiënte truck is Robert Sliwa die na zes jaar regionaal truckchauffeur zijn voelde dat hij klaar was voor het starten van zijn eigen truckbedrijf. Hierbij merkte hij al snel op dat de trucks niet bijzonder zuinig waren met een verbruik van 1 liter per 1,9 km. Hierop besloot hij te starten met het verbeteren van de trucks, beginnende bij de aerodynamica van de cabine; een ‘lesson learned’ uit de tijd dat hij aan autoracen deed.
Deze stap was de eerste van een lange reeks verbeteringen die hij stuk voor stuk realiseerde door bestaande oplossingen, materialen of componenten te analyseren, verbeteringen te testen door te rijden in de echte omgeving, zijn bevindingen nauwgezet te documenteren en tot slot door te voeren. Daarbij werkte hij samen met diverse bedrijven en specialisten waaronder Shell Lubricants. “Wanneer de twee miljoen trucks die de Verenigde Staten rijk is, met deze efficiëntie hun goederen kunnen transporteren, hebben we het over een besparing van 229 miljoen ton CO2-emissie per jaar,” aldus Sliwa.
Samenwerking
De samenwerking met andere partijen is zeer waardevol gebleken. Zo heeft Shell uiteindelijk volledig meegewerkt in de ontwikkeling en daarbij onder meer kennis ingebracht over de toepassing van energie-efficiënte smeermiddelen. Verder is letterlijk niet de meest eenvoudige weg gekozen. Mike Roeth, uitvoerend directeur van de Noord-Amerikaanse Raad voor vrachtefficiëntie: “De bedrijven wisten dat ze deze truck wilden laten rijden, maar zijn daarbij verder gegaan dan de meeste andere bedrijven,” geeft hij aan.
Zo werd bij de eerste lange testrit een aanzienlijk zwaardere vracht vervoerd dan gemiddeld en tevens werd een langere weg afgelegd in een ongecontroleerde omgeving. Daarbij gebruikmakend van weliswaar bestaande technieken, maar ook technieken die nog niet onder dit type omstandigheden waren getest. Roeth: “Ook voor onze Raad, als onafhankelijke partij, dus een waardevolle mogelijkheid om te zien wat de uiteindelijke presentaties zijn van de truck die eerst op papier is ontworpen. Een mooie reis waarbij wij een bijdrage hebben kunnen leveren door de resultaten van de rit te verifiëren met onze meetapparatuur en het onboard telematicasysteem. Daarbij beschouwen we deze metingen als een soort ‘tussenstand’. Ook na deze rit zal de zoektocht naar nieuwe mogelijkheden tot een nog hogere efficiëntie immers gewoon doorgaan.”
Energiebesparende maatregelen
De besparingen in het brandstofverbruik zijn hoofdzakelijk gerealiseerd door een geoptimaliseerde aerodynamica, aanpassingen in de aandrijflijn en het toepassen van lage viscositeit smeermiddelen. De aerodynamica is onder meer verbeterd door de vormgeving van de cabine die bovendien vervaardigd is van lichtgewicht, koolstofvezel-versterkte kunststof. Verder zijn actieve grill shutters toegepast die reageren op de temperatuur. Dit betekent dat de shutters worden gesloten wanneer er geen extra koeling nodig is hetgeen de aerodynamica van de hele truck verbetert. Tot slot zijn er speciale ‘flaps’ aan de achterzijde toegepast waarmee de lucht efficiënter langs de truck en trailer stroomt.
Ook in de aandrijflijn zelf zijn de nodige efficiëntiestappen gemaakt. Onder andere door het toepassen van een hybride elektrisch assysteem dat extra vermogen beschikbaar stelt wanneer de truck een berg oprijdt. Tevens is een systeem toegepast dat automatisch de bandenspanning in de gaten houdt; wanneer deze te laag wordt, zal automatisch lucht worden toegevoerd wat eveneens een bijdrage levert aan de energie-efficiëntie. Een derde maatregel betreft de as-configuratie die zowel bij het afremmen als het optrekken een bijdrage levert aan de efficiëntie. Tot slot is op het dak van de truck een 5000 W veld van PV-panelen aangelegd die de elektrische energie genereren (en opslaan) benodigd voor de normale elektrische componenten in de truck.
Smeermiddelen
De Shell technologieën die ondersteunen in het verlagen van het brandstofverbruik liggen in het gebruik van de vol synthetische Heavy Duty motoroliën, de Spirax S6 GXME 75W-80 transmissie-olie, de Spirax S5 ADE 75W-85 differentieel-olie en de Spirax S6 GME 40 wielnaafolie. In alle gevallen hebben deze oliën een relatief lage viscositeit wat bijdraagt aan een lagere wrijving, een lagere warmteontwikkeling en hiermee een verbeterd mechanisch rendement. Verder heeft Shell geadviseerd ten aanzien van verbeteringen in de motor en aandrijflijn.
Kijken we naar de heavy duty motoroliën, dan is een van de belangrijkste aspecten dat het hier om een zogenaamde GTL-olie gaat. GTL is de afkorting van Gas-To-Liquid en staat voor een proces waarbij natuurlijke (aard)gassen worden omgezet in vloeibare producten. Het proces was al langer bekend voor de productie van brandstof maar middels hydrocracking en destillatie is het inmiddels ook mogelijk om langere ketens te produceren waardoor het aardgas uiteindelijk is om te zetten in basisolie voor motorolie, smeermiddelen en transformatorolie.
Betere smering = hogere efficiëntie
De synthetische producten gebaseerd op GTL hebben van zichzelf verschillende voordelige eigenschappen. Zo vertonen ze veel minder de neiging tot schuimen, kunnen sneller lucht afscheiden en hebben van nature een relatief stabiele viscositeit binnen een breed temperatuurgebied. Een koude start is dus geen probleem. Binnen de automotive dragen deze producten vooral bij aan een betere smering en hierdoor hogere efficiëntie. Bovendien is de uitstoot lager en schoner. Deze voordelen hangen onder andere samen met het feit dat deze olie dunner is dan gebruikelijke producten in de automotive en dát is weer mogelijk door verbeterde motoren waarvan de oppervlakken van de diverse componenten veel gladder zijn. Een dunnere olie zal hier niet leiden tot extra slijtage.
De Spirax oliën tot slot zijn ontwikkeld om de onderdelen van de transmissie blijvend te beschermen en zo een bijdrage te leveren aan de efficiëntie. De eigenschappen die hierbij horen zijn onder andere een lage wrijving en lage interne stromingsweerstand waardoor er minder vermogen verloren gaat (het mechanisch rendement neemt toe) en de bedrijfstemperatuur lager is.
Toekomst
De toekomst zal leren welke verbeteringen nog meer mogelijk zijn. Voor Shell betekent de samenwerking in elk geval de mogelijkheid tot het zogenaamde ‘co-engineering’. Een manier van ontwikkelen waarbij verschillende specialisten afkomstig van verschillende organisaties betrokken zijn en waarmee een gemeenschappelijk doel wordt nagestreefd. “Een prachtige kans bovendien om onder meer onze lage viscositeit motoroliën te testen in omgevingen waar ze maximaal belast worden en van de meetwaarden te leren,” aldus Shell.
TEKST: ING. MARJOLEIN DE WIT – BLOK | FOTO’S: SHELL
