innovation
IrNO for lïfe
Leefomgevîng Van Mourik Broekmanweg 6 2628 XE Delft Postbus 49 2600AA Delft
TNO-rapport
www.tno.nl
TNO 2015 R10303
Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014 Voortgangsrapportage 2014 Thema Water en Klimaat VP Water en Deltatechnologie VP Hightech Maritiem en Offshore VP World Class Maintenance —
Datum
27 februari 2015
Auteur(s)
Drs. C.N. Bremmer mmv. Ir. W.A.J. Appelman, Drs. P.R. Bosch, Ir. R.J.M. Creusen, Ir. NE. Koeman-Stein, Dr.lr. N.J.M. Kuipets, Ing. W.G.J.M. van Tongeren, J.N. Verstraeten-Jochemsen Ir. J.H. Hoegee, Ir. P.D. Boersma Drs. P.P. van ‘t Veen, Dr.ir. M.R. de Rooij
Autorisatie
Ir. L.J.J. Kusters Managing Director Urbanisation
Aantal pagina’s
35
Regievoerend departement
Ministerie van Infrastructuur en Milieu
Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, foto-kopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belang-hebbenden is toegestaan. © 2014 TNO
T +31 888663000 10
TNO-rapport TNO 2015 R10303
2/35
Inhoudsopgave 1 1.1
Inleiding Context
2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4
VP Water- en Deltatechnologie 4 Highlights 2014 4 Deelprogramma Watertechnologie 6 Inleiding Deelprogramma 6 Uitvoering en resultaten 2014 8 Verloop van het overleg in ken nisarena’s en met stakeholders of andere gremia.. 12 Output: aantallen rapporten, artikelen in wetenschappelijke resp. vaktijdschriften, dag- en weekbladen, geïnviteerde voordrachten en dergelijke 13 Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze, sprake van toepassing in opdrachten, zo ja welke 15 Deelprogramma Deftatechnologie 15 Inleiding Deelprogramma 15 Uitvoering en resultaten 2014 16 Overzicht van mate van participatie in (inter)nationale onderzoeks-programma’s en netwerken 18 Output: aantallen rapporten, artikelen in wetenschappelijke resp. vaktijdschriften, dag- en weekbladen, geïnviteerde voordrachten en dergelijke 18 Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze, sprake van toepassing in opdrachten, zo ja welke 19
2.2.5 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5
3 3
3 3.1 3.2 3.3
VP Hightech Maritiem en Offshore Inleiding Onderzoeksljnen Programma-uitvoering 2014
21 21 21 23
4 4.1 4.2
VP World Class Maintenance Inleiding Programma-uitvoering 2014
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4
Doelstellingen Uitvoering en aanpak Resultaten Vervolg
26 26 26 26 26 28 31 34
5
Ondertekening
35
TNO-rapport
TNO 2015 R10303
3135
Inleiding 1.1
Context Deze voortgangsrapportage over 2014 betreft het vraaggestuurde onderzoek van TNO in het thema 2: Water en Klimaat. Dit thema is gekoppeld aan de Topsector Water en staat onder regie van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu. Het Vraaggestuurde Programma Water- en Deltatechnologie bevat twee deelprogramma’s: 1.
Watertechnologie dit deelprogramma is TNO’s bijdrage aan het Innovatiecontract ‘Watertechnologie’ en richt zich op innovaties ten behoeve van decentrale waterbehandeling voor industrieel en communaal —
afvalwater.
2.
Deltatechnologie dit deelprogramma is TNO’s bijdrage aan het lnnovatiecontract ‘Deltatechnologie’ en richt zich op innovaties ten behoeve van een duurzame stedelijke ontwikkeling in laaggelegen kustgebieden, in het bijzonder met het oog op adaptatie aan veranderend klimaat. —
Deze rapportage geeft op hoofdlijnen een verantwoording voor de resultaten van het Vraaggestuurde Programma in 2014 zoals beschreven in de bijstelling 2014 van het Meerjarenprogramma 2011-2014 Vraaggestuutd Programma Water- en Deltatechnologie1. In Hoofdstuk 2 worden de resultaten voor het deelprogramma ‘Watertechnologie’ toegelicht. In Hoofdstuk 3 worden de resultaten voor het deelprogramma Deltatechnologie’ behandeld Voor beide deelprogramma’s geldt dat het onderzoeksprogramma aansluit bij het onderzoeksprogramma voor de Topsector Water ‘Nederland Waterland’2. Voor het deelprogramma Watertechnologie’ wordt daarnaast aangesloten op het Innovatiecontract Watertechnologie 2014 -2015 en voor het deelprogramma ‘Deltatechnologie op het lnnovatiecontract ‘Dutch Delta Solutions Innovatiecontract Deltatechnologie 2014-2015’. —
-
Het deelprogramma Watertchnologie’ wordt vraaggestuurd door de TKI
Watertechnologie’ en maakt onderdeel uit van de planningscyclus van de Prog rammaraad ‘Watertechnologie’. De Programmaraad ‘Watertech nologie’ adviseert op dit punt het bestuur van de TKI ‘Watertechnologie’. Het deelprogramma ‘Deltatechnologie’ wordt vraag gestuurd door de TKI ‘Deltatechnologie’ en maakt onderdeel uit van de planningscyclus van de Programmaraad Deltatechnologie’. De Programmaraad ‘Deltatechnologie’ adviseert op dit punt het bestuur van de TKI Deltatechnologie’.
TNO-rapport Meerjaren programma 2011 2014 Vraaggestuurd Programma Water- en Deltatechnologie Bijstelling 2014’, 1 oktober 2013; Ri 1415. 2 Nederland Waterland Voorstellen voor Innovatiecontract en Human Capital Agenda Topsector Water, januari 2012 —
—
-
TNO-rapport
TNO 2015 R10303
2
VP Water- en Deltatechnologie
2.1
Highlights 2014
Watertechnologie WE4CC en MemPower In 2014 is op het onderdeel Water en Energie’ voor de Roadmap ‘Watertechnologie’ met de ontwikkeling van geïntegreerde water- en energiesystemen grote voortgang geboekt. Ten eerste is in december 2014 de demosite in Amercoeur gereed gekomen alwaar de koppeling van membraandestillatie aan het koelwatersysteem van de turbine getest kan gaan worden. Dit geïntegreerde systeem biedt de mogelijkheid voor de centrale om minder koelwater in te nemen, bestaand koelwater goedkoop te hergebruiken en een significante verlaging van de lozing van warm water op het oppervlaktewater te bereiken. Dit is vooral van belang gegeven het feit dat met een warmer klimaat, energiecentrales een steeds grotere vraag hebben naar technologie die hun de lozing van warm koelwater helpt verminderen. Daarnaast is een tweede demosite op Malta uitgewerkt en klaar om te starten, waar de integratie van waterzuivering en PVT-energiesystemen in een hotelcomplex getest gaat worden. Beide testlocaties, Amercoeur en Malta, passen in de volgende stap van de Roadmap om de ontwikkelde watertechnologie te integreren in energiesystemen waarbij overtollige warmte nuttig (her)gebruikt kan worden. Juist voor integratie in dit soort systeem is het modulair en decentraal kunnen integreren van dit soort watertechnologie een belangrijke voorwaarde. Dit sluit goed aan op de ontwikkelde membraandestillatie technologie. Het is mede de reden dat TNO in 2014 bericht kreeg dat het ‘proof-of principle’ voor MemPower, een gepatenteerde watertechnologie in combinatie met energievoorziening, als winnaar geselecteerd was voor de GE-Aramco Desalination Challenge. MemPower is een technologie die in 2013 binnen dit vraaggestuurd programma is ontwikkeld. De prijs biedt de mogelijkheid om met internationale partners deze technologie verder te ontwikkelen. -
Deltatechnologie afronding Climate Proof Cities Voor het deelprogramma Deltatechnologie’ betekent 2014 de afronding van het project ‘Climate Proof Cities’ en de oplevering van de eindresultaten aan het ,inisterie van Infrastructuur en Milieu, het Deltaprogramma, steden, provincies en waterschappen. Climate Proof Cities is in 2010 gestart als onderzoeksproject binnen het programma Kennis voor Klimaat’ en beoogde nationale en lokale stakeholders ‘evidence-based’ methodieken en instrumenten te leveren voor klimaatadaptatie in stedelijk gebied. Het project is de onderzoeksgerichte onderlegger voor de Deltabeslissing Ruimtelijke Adaptatie. —
Het onderzoeksprogramma heeft vooral aandacht besteed aan hitte in de stad en de toenemende risico’s van langdurige warme periodes, en aan overlast door frequentere en intensere regenbuien. Water en hitte zijn met elkaar verbonden, bijvoorbeeld doordat langdurige warmteperiodes kunnen leiden tot droogte en doordat water door verdampingskoeling de temperatuur kan terugdringen. Het onderzoek was praktisch georganiseerd in een 20-tal deelonderzoeken, uitgevoerd door negen promovendi, drie postdoc’s en vele onderzoekers van tien verschillende onderzoeksinstituten. Om de bruikbaarheid van de uitkomsten in de praktijk te vergroten, hebben de onderzoekers samengewerkt in vijf case studies in verschillende Nederlandse stedelijke gebieden, te weten: Rotterdam, Haaglanden,
4135
TNO-rapport
TNO 2015 R10303
Amsterdam, Arnhem/Nijmegen, Utrecht en steden in Noord-Brabant. De eindrapportage, beleidsinstrumenten en overige resultaten van het onderzoeks programma ‘Climate Proof Cities’ zijn te vinden onder www.kennisvoorklimaat.nl/stadsklimaat. Daarnaast is het onderzoek gebundeld in een speciale uitgave ‘Climate Adaptation in Cities’ van het wetenschappelijk tijdschrift ‘Building & Environment’, volume 83.
0
Op 29 oktober is het eindrapport namens het consortium door Ronald Albers van TNO aangeboden aan Peter Heij, Directeur-Generaal Ruimte en Water bij het ministerie van Infrastructuur en Milieu, Boudewijn Revis, wethouder gemeente Den Haag, Johan van den Hout, Gedeputeerde provincie Noord-Brabant, en Adri Bom Lemstra, Loco dijkgraaf van het Hoogheemraadschap van Delfland.
5 / 35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
6135
2.2
Deelprogramma Watertechnologie
2.2.7
Inleiding Deelprogramma Het deelprogramma ‘Watertechnologie’ richt zich op het ontwikkelen, testen en demonstreren van innovatieve technologieën voor decentrale waterbehandeling. Het voldoende beschikbaar hebben van water van voldoende kwaliteit en efficiënt kunnen zuiveren van (afval)water is een voorwaarde voor duurzame sociaaleconomische ontwikkeling. In veel gebieden in de wereld bestaat er een tekort aan schoon water en raken watervoorraden en ecosystemen bedreigd door de lozing van ongezuiverd afvalwater. Klimaatverandering en een groeiende bevolking dragen bij aan het feit dat zoetwatervoorraden onder druk staan. Nederland heeft internationaal een sterke positie op het gebied van watertechnologie, zowel als het gaat om het ontwikkelen van nieuwe technologieën als om het implementeren van waterzuiveringssystemen. Gezien de grote behoefte aan water van voldoende kwaliteit is er een aantrekkelijke internationale markt voor watertechnologie. Nationaal en vooral ook internationaal bestaat er behoefte aan lokale en integrale oplossingen voor de watervoorziening met aandacht voor hergebruik (waterbesparing door kringloopsluiting), terugwinning van grondstoffen en nutriënten en mineralen (bijvoorbeeld fosfaat) en het gebruik of mogelijke opwekking van energie. TNO richt zich in het deelprogramma Watertechnologie op waterbehandeling waarbij de focus ligt op het ontwikkelen van units voor decentrale waterzuivering die fit-for-use zijn en ingezet kunnen worden in de gehele waterketen. Belangrijke toepassingsgebieden zijn de drinkwatersector, glastuinbouw, industrie (papier, raffinage, minerals, voeding)en chemische industrie. Daarbij wordt met partners in de hele waterketen samengewerkt: bedrijven uit de watertechnologiesector, service providers, industriële eindgebruikers, waterschappen, overheid. Beleidsmatige ontwikkelingen, in het bijzonder de Kaderrichtljn Water (KRW), Beleidsnota Drinkwater en de Kamerbrief Groene Groei: voor een sterke, duurzame economie’, zijn in dit kader relevant en mede uitgangspunt voor de programmering. TNO sluit met het Vraaggestuurd Programma Watertechnologie aan op de vier onderscheiden Thema’s uit het Innovatiecontract Watertechnologie die in het 1 nnovatiecontract als volgt beschreven zijn: Water for All omvat de productie van drink en industriewater en de zuivering van afvalwater tegen minimale kosten. De omvang van deze markt wereldwijd wordt geschat op 50—60 miljard Euro per jaar. De sterke groei van de markt volgt uit de stijgende mondiale behoefte aan zoetwater als bron voor drink- en industriewater. Alternatieve bronnen dienen daarmee aandacht te krijgen. Nieuwe technologie voor de zuivering van afvalwater is nodig om duurzaam water van goede kwaliteit te kunnen leveren waarbij het milieu niet wordt belast. De vraag naar deze technologie wordt mede gedreven door meer en strengere regelgeving en hogere kwaliteitsstandaarden. —
More Crop per Drop stelt een hoogwaardige zoetwatervoorziening voor de productie van voedsel centraal. Door de inzet van innovatieve en duurzame technologieën en integrale oplossingen voor het sluiten van waterkringlopen en hergebruik in de land- en tuinbouwsector is veel te winnen. In het verlengde van de land- en tuinbouwsector ligt binnen de voedingsmiddelenindustrie een uitdaging
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
voor het efficiënt omgaan met schaarse grondstoffen en de verduurzaming van processen als voorwaarde voor de ‘License to Produce’. Water en Energie richt zich op de verduurzaming van processen voor de energie producerende industrie en op nieuwe vormen van schone energie op basis van watertechnologie. De sector watertechnologie heeft een goede uitgangspositie om met duurzame en efficiënte oplossingen aan die ontwikkelingen bij te dragen. Het waterverbruik in de energiesector blijft toenemen en met de groei van de wereidbevolking en de vraag naar energie moet deze trend gekeerd worden en moeten energiezuinige watertechnologieën worden ontwikkeld. De verwachting is dat alternatieve vormen van energieopwekking op basis van watertechnologie een bijdrage zullen gaan leveren aan de energietransitie van ‘fossiel’ naar ‘schoon’ Water en ICT richt zich op het vergroten van de efficiëntie van watertechnologie door gebruik te maken van automatische sensing en monitoring van de waterkwaliteit en het optimaal kunnen regelen van de waterketen (process control). Dit biedt mogelijkheden voor een sterke verbetering van de procesvoering van installaties waar water behandeld, en voor decentrale waterbehandeling ‘fit-for-use’. Dit leidt tot een Programma met een focus op het ontwikkelen van units voor decentrale waterzuivering die fit-for-use zijn en ingezet kunnen worden in de gehele waterketen. Het gaat daarbij in hoofdzaak om: • Efficiënt watergebruik/reductie van water- en energiegebtuik door efficiëntere processen en apparaten. Toepassingen hiervan vinden hun weg in projecten gericht op integratie van water en energie (o.a water uit koelwatersystemen en benutting van restwarmte) en op integratie van waterstromen tussen industrie, communaal en landbouw (hergebruik, cascadering). • Integratie waterhergebruik en terugwinning van grondstoffen. • Verwijdering van schadelijke stoffen met toepassingen gericht op zogenaamde ‘emerging compounds’, zoals hormoon verstorende stoffen en medicijnresten. Toepassingen van point-of-use sensoring voor opgeloste toxische stoffen kan daarbij een rol spelen Als kennisinstelling is TNO gericht op het beschikbaar maken van innovatieve oplossingen voor waterzuivering voor het bedrijfsleven. Daarbij ligt de focus op fysisch-chemische scheidingstechnologie. Hierbij worden de volgende routes bewandeld waarbij (industriële) partners en technologiebedrijven vrijwel altijd betrokken zijn: • Ontwikkelen, testen, prototypen van nieuwe scheidingstechnologieën. Ofwel in consortia, ofwel in opdracht van een enkel bedrijf en veelal gekoppeld aan co-financieringstrajecten (PP-financiering, MKB-vouchers e.d.). • Opzetten en uitvoeren van fieldlabs in samenwerking met de sector. Fieldlabs worden veëlal met de gehele waterketen (probleembezitters, watertech nologiebedrijven, service providers, publieke organisaties! overheid) opgezet om tot demonstratie en acceptatie van nieuwe technologieconcepten te komen. • Sector!branche-gerichte coördinatie. Hiertoe behoort TNO’s betrokkenheid in Europese coördinatie-activiteiten zoals European Innovation Partnership (EIP) Water.
7135
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
81 35
Samenwerking met industrie, technologie- ,drinkwatet- en afvalwaterbedrijven gebeurt in projecten die marktgedreven zijn. Het programma zet in op een bijdrage aan de Topsector Water door aan te sluiten bij de daarin benoemde speerpunten. Innovatie komt mede tot stand door gebruik te maken van innovatie- en stimuleringsmaatregelen, zoals cofinancieringsinstrumenten, Europese programma’s (KP7, Horizon2020 en EIT) en B2B financiering. Er is een patentportefeuille opgebouwd op verschillende technologische ontwikkelingen, zoals o.a. Memstili. 2.2.2
Uitvoering en resultaten 2014 Het Deelprogramma Watertechnologie’ is uitgevoerd in de vorm van kennisinvesteringsprojecten overeenkomstig de onder paragraaf 2.1 vermelde onderzoekslijnen, met uitzondering voor de onderzoekslijn ‘Water en ICT’ waarvoor in 2014 geen onderzoek geprogrammeerd is geweest maar wel in 2015 ruimte voor is. De onderzoeksprojecten zijn alle in de vorm van gecofinancierde onderzoeks projecten en afhankelijk van het stadium van onderzoek: proof-of-concept, proof-of principle, demonstratie. Meer dan driekwart van het programma wordt uitgevoerd met Nederlandse en buitenlandse bedrijven in Europese onderzoeksprojecten met financiering vanuit het 7e Kaderprogramma en de KIC-Climate.
2.2.2.7
Integratie in de waterketen Water For all TNO richt zich met de onderzoekslijn ‘Integratie in de waterketen Water for All’ op technologieontwikkeling om water decentraal te behandelen voor hergebruik in industrie en drinkwaterproductie, om de wereldwijde behoefte aan zoet water te vervullen, kringloopsluiting en water op maat. Het onderzoeksprogramma voor 2014 bestond uit de projecten E4Water en Sawadec: —
—
Project E4Water 2012 2016 —
Sawadec
Omschrijving FP7-onderzoeksproject dat zich richt op economisch en ecologisch efficiënt water beheer in de Europese chemische industrie.
PPP-project gericht op ontwikkeling een goedkope fluoride verwijderingstechniek voor de behandeling van drinkwater in gebieden met verhoogde fluoride concentraties in het drinkwater.
Funding en partners Cofunding: FP7 Partners: 19, uit Nederland: DOW Benelux B.V. Evides Industriewater, Technische Universiteit Delft, TNO Cofunding: Sustainable Water Fund Partners: SNV, Dunea, Muwasa, Hatenboer, BoP Innovation Centre, Regional government Mara Region
In het FP7-project E4Water worden nieuwe geïntegreerde benaderingen en methoden voor cascadering van afvalwater en waterhergebruik tussen industriële en communale sectoren ontwikkeld en getest. TNO test hierin technieken voor ontzouting (Membraandestillatie en Electrodialyse), voorbehandeling van zoute afvalwaterstromen (Electrocoagulatie), ontharding (Prevscale) en verwijdering van VOC’s (Pertractie). In 2014 is voor de case studies (Dow-Terneuzen, Solvic, Solvin and Total) door middel van Iaboratriumproeven onderzocht of membraandestillatie een goed alternatief is voor reverse osmosis voor de productie van zuiver water uit afvalwater. Voordeel van membraandestillatie is dat, naast zuiver water, een vaste
TNO-rapport
1
91
TNO 2015 RI 0303
zoutfractie verkregen kan worden in plaats van een retentaat dat beperkt geloosd kan worden. Een oplossing voor scaling is getest door kristallisatie te laten gebeuren in een externe crystallizer. Tevens is in 2014, op basis van testresultaten voor de verschillende democases, een beoordeling van verschillende technologieën voor het voorbehandelen van zoute afvalwaterstromen ten behoeve van hergebruik beschikbaar gekomen. Ontzilting is in veel gevallen noodzakelijk om een waterkwaliteit te bereiken die het afvalwater geschikt maakt voor hergebruik in het proces of als koelwater. Voor de drie case-studies, met verschillende feed-stocks, zijn verschillende voorbehandelingstechnieken, deels in combinatie, beoordeeld met als doel economisch rendabele oplossingen voor waterhergebruik te identificeren die generiek inzetbaar zijn. Voor een case waarin de voorbehandeling gericht was op de verwijdering van TSS en fosfaat (double pass RO met mIme coagulatie) werd een positieve business case voor water hergebruik aangetoond. In vele delen van de wereld is er geen centrale drinkwatervoorziening. Dit geldt voor stedelijke gebieden en landelijke gebieden. Door de snelle ontwikkeling ligt hier een grote opgave voor het kunnen voorzien in voldoende schoon drinkwater. Decentrale systemen bieden hier een goede mogelijkheid omdat deze systemen relatief eenvoudig te installeren zijn, niet afhankelijk zijn van de aanwezigheid van een uitgebreid distributienetwerk en mogelijkheden bieden voor het lokaal optimaliseren van waterhergebruik. In 2013 is onder het PPP-programma van het ministerie van Ontwikkelingssamenwerking met de partijen SNV, Dunea, BOP en Hatenboer Water gestart met het project Sawadec. TNO richt zich daarbij met de partners op de ontwikkeling van een goedkope fluoride verwijderingstechniek voor de behandeling van drinkwater in gebieden met verhoogde fluoride concentraties in het grondwater. Op basis van een inventarisatie in 2013 van beschikbare technologieën zijn in 2014 de volgende technieken op Iabschaal getest:
• •
RO met voorbehandeling met gebruikmaking van drukverval. Adsorptiemethoden op basis van kool en zirconium-oxide.
•
Capacitieve deionizatie (CDI).
•
Een mini-zonnewarmte gedreven membraandestillatie-unit voor huishoudelijk gebruik
In 2015 worden veldtesten uitgevoerd met de meest kansrijke technieken.
2.2.2.2
Waterhergebruik in de agri-business
—
More Crop per Drop
TNO richt zich met de onderzoekslijn ‘Waterhergebruik in de agri-business
—
More
Crop per Drop’ op de ontwikkeling van technologie om water in de land- én tuinbouwsector decentraal te behandelen voor hergebruik en voor terugwinning van nutriënten, zeldzame mineralen, zouten en fosfaat. In 2014 is daarbij gewerkt aan onderstaande projecten. Project
Omschrijving
Funding en partners
ResFood
Europees onderzoeksproject
Cofunding: FP7
2012 —2015
gericht op het ontwikkelen en demonstreren van een
Partners: 18, uit Nederland:
cascaderingsaanpak voor efficiënt
Vezet b.v., Logisticon Water
hergebruik van afval en afvalwater
Treatment b.v, Microbiome b.v.,
in de voedingsindustrie. Betreft
Provalor b.v., De Demokwekerj
onderdeel niet-grondgebonden
b.v., TNO
tuinbouw.
35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
ZLD concept voor glastuinbouw 2014
TKI-project naar verkenning van mogelijkheden voor toepassing van concept van ‘Zero Liquid Discharge’ in de glastuinbouw.
C024G 2014
Hergebruik van C02 uit rookgassen in de glastuinbouw door gebruik te maken van adsorbenten in combinatie met water harvesting
10135
TKI-project Partners: KWR (consortiumleider), TOM, Witteveen + Bos, Bruine de Bruin Cofunding: EIT/KIC-Climate Partners: Arcadis, RWTH Aachen
Door diverse optimalisatiemaatregelen en vergaande waterkringloopsluiting lozen de glastuinbouwbedrijven steeds minder afvalwater op het riool of op het oppervlaktewater. In het lozingswater zijn echter nog wel meststoffen en gewasbeschermingsmiddelen (pesticiden, bestrijdingsmiddelen) aanwezig. In 2027 moet de emissie hiervan uit kassen nagenoeg nul zijn. Voor de verwijdering van meststoffen kan gebruik worden gemaakt van bestaande, op de markt beschikbare, technologieën Dit geldt echter niet voor de verwijdering van gewasbeschermings middelen; hiervoor zijn momenteel geen geschikte technieken beschikbaar. Gewasbeschermingsmiddelen vallen onder de groep van endocrine disruptor compounds (EDC) en kunnen bij lage concentraties (ngII) inwerken op het endocriene systeem van mens en dier. Blootstelling aan EDC kan leiden tot verminderde vruchtbaarheid en tot carcinogene effecten. Diverse onderzoeken laten zien dat voor de verwijdering uit afvalwater van EDC zoals geneesmiddelen( resten) en bestrijdingsmiddelen, adsorptie en geavanceerde oxidatie (AOP) technieken het meeste perspectief bieden. Voor de verwijdering van gewasbeschermingsmiddelen is daarom de verwachting dat beide technieken waarschijnlijk ook het meest geschikt zijn. Wel blijkt hieruit dat met de huidige adsorptie- en AOP-technologieën niet alle typen gewasbeschermingsmiddelen in voldoende mate worden verwijderd; voor sommige stoffen blijven de emissiegehaltes hoger dan de toekomstige normen toestaan. TNO is coördinator van het FP7-project Resfood dat zich richt op de ontwikkeling van innovatieve oplossingen voor ‘Resource Efficient and Safe Food Production and Processing’. Resource efficiency binnen dit kader richt zich voornamelijk op hergebruik van water, energie en nutriënten en het terugwinnen van waardevolle stoffen uit vaste reststromen. Voedselveiligheid is hierbij een belangrijke randvoorwaarde. Daarom wordt er ook aandacht besteed aan nieuwe desinfectiemethoden en de snelle monitoring van pathogene micro-organismen. Naast het coördinatorschap richt TNO zich in dit project op: •
het sluiten van de waterkringloop in de vers groente-industrie, gericht op de toepassing van innovatieve hybride membraanprocessen voor recirculatie van het waswater.
•
Voor de glastuinbouw zijn samen met Demokwekerij verschillende alternatieven voor het volledig sluiten van de waterkringloop geëvalueerd. Toepassing van Electrodialyse met ionselectieve membranen voor het scheiden van één- en tweewaardige ionen wordt verder op laboratorium
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
11135
schaal onderzocht. Daarnaast wordt aandacht besteed aan desinfectie van het te recirculeren water. In 2014 zijn de resultaten die in 2013 bereikt zijn, vertaald en opgeschaald naar demonstratieopstellingen. Er is een concept ontwikkeld voor de ontzouting van glastuinbouw gietwater door middel van electrodialyse. Dit leidt tot het kunnen sluiten van de waterketen en reductie van emissies. Een testopstelling is in 2014 opgebouwd en gedemonstreerd in het Fieldlab Demokwekerij Honselersdijk. Daarnaast is in 2014 gestart met een beoordeling van de randvoorwaarden en kansen voor waterbehandeling en waterhergebruik in de voedingsindustrie. Voor de groente- en fruitindustrie is met name gekeken naar de voorwaarden die gesteld worden door microbiologische factoren en de concentraties aan organische componenten in het water. Het Chemisch Zuurstof Verbruik is een belangrijke parameter. Op basis van labexperimenten kon aangetoond worden dat 50-80% van het water hergebruikt kan worden. Vertroebeling en CZV worden tot 80%-90% gereduceerd. In 2014 is de tweede fase van het TKI-project Zero Liquid Discharge Agriculture’ uitgevoerd. TNO heeft daarin bijgedragen aan de realisatie van een semi-industriële pilot installatie waarmee onderzoek op locatie onder praktijkcondities kan worden utigevoegd, en aan de uitvoering van het Proof of Principle onderzoek op locatie. Het project C024G is in 2014 gestart met medefinanciering uit het EIT/KIC-Climate. Het project is een pathfinder-project met een looptijd van één jaar, gericht op het terugwinnen van CO2 en water uit rookgassen ten behoeve van de glastuinbouw. In 2014 zijn verschillende technische concepten vergeleken en is een studie gedaan naar mogelijkheden voor toepassing in bestaande glastuinbouw in Europa. 2.2.2.3
Water en Energie TNO richt zich met de onderzoekslijn Water en Energie’ op technologie voor het integreren van energie- en watervraag leidend tot duurzame oplossingen. De uitdaging is afvalwarmte en proceswater in de industrie integraal te hergebruiken en de netwerken van water en energie met elkaar te verbinden voor toepassingen in ‘eco-industrial parks’ of stedelijke gebieden.
Project WE4CCII 2013— 2016
Omschrijving Project gericht op technische demonstratie en opschaling voor de productie van water uit koelwater en droogmiddelen middels laagwaardige restwarmte.
Funding en partners Cofunding: EIT/KIC-Climate Partners: GDF Suez, Naked Energy, TU-Berlin
In 2013 is gestart met een nieuw project onder het EIT-programma Climate-KIC, te weten WE4CC-ll. TNO is coordinator van het project WE4CCII dat gericht is op de technische demonstratie, evaluatie van business cases en implementatie van nieuwe waardeketens voor de productie van zuiver water door gebruik te maken van laagwaardige restwarmte (40-70C). Deze waardeketens zijn: de productie van gezuiverd water met restwarmte van energiecentrales drinkwaterproductie met restwarmte van gekoelde PVT-systemen klimaatbeheersing met droogmiddelen in combinatie met waterproductie. -
-
-
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
Voor de toepassing van koelwater uit energiecentrales voor waterzuivering is in 2014 de Amercoeur-energie centrale (GDF-Suez, partner in het project) geselecteerd als demolocatie. De membraandestillatie-installatie is aangesloten op het koelcircuit van de turbine. Op basis van laboratoriumtesten met verschillende membranen en onder verschillende operationele condities is de beste configuratie bepaald. Dit heeft geleid tot een technisch ontwerp en een operationeel model waarmee de Memstill waterproductie voorspeld kan worden. Op basis van deze gegevens en een intensieve engineering met gebruik making van HAZOP-studies, operationele en shutdown-procedures is de demo in Amercoeur in 2014 opgestart. Voor de toepassing van drinkwaterproductie met restwarmte van gekoelde PVT systemen is een speciale laboratoriumopzet gemaakt waarin de potentiele opbrengst van een geïntegreerd PVT-Membraandestillatie-concept getest kan worden. Voor het PVT-systeem wordt gebruik gemaakt van hoogwaardige Virtu PVT-tubes. Dit zijn cilindrische PV-elementen voor het gecombineerd leveren van electriciteit en warm water. Het Dolmen Resort Hotel op Malta is geselecteerd voor uitvoeren van een test van het gecombineerd opwekken van energie door het Virtu PVT-systeem en het ontzilten van zeewater op ware schaal. Hiervoor zijn in 2014 op basis van de laboratoriumresultaten de specificaties en het technisch ontwerp opgesteld zodat in Q2-2015 begonnen kan worden met het testen van de opstelling. Voor beide toepassingen is een techno-ecologisch-economisch-model opgezet om de waarde van de propositie voor de verschillende business cases te bepalen. Het voordeel voor energiecentrales zit in het verlagen van de kosten voor het bereiden van gedemineraliseerd koelwater voor de turbines en het verminderen van de lozing van warm koelwater op het oppervlaktewater en daarmee gepaard gaande operationele kwetsbaarheid. Voor de gecombineerde PVr-membraandestillatie modules worden de voordelen bepaald door de energie-efficiëntie, de opschaalbaarheid van het concept en de mogelijkheid voor stand-alone productie. Inmiddels is theoretisch en experimenteel bewezen dat bij membraandestillatie waterdamp onder invloed van een temperatuurverschil kan stromen tegen een hydraulische drukgradiënt zonder dat de waterflux sterk vermindert. Hiermee kunnen vermogensdichtheden van circa 3.5 W/m2 membraan behaald worden. Er zijn diverse potentiële markten zoals standalone waterzuiveringsinstallaties (alleen aangedreven door warmte), CSP-waterzuiveringsinstallaties, waarvoor deze technologie mogelijkheden biedt. Het concept MemPower en de eerste resultaten zijn ingebracht in de GE-Saudi Aramco Desalination Challenge, een wereldwijde uitvraag naar innovaties op het gebied van duurzame ontziltingstechnologie. Eind december ontving TNO het bericht dat zij een van de vier gegadigden was voor de prijs, die in januari 2015 uitgereikt is.
2.2.3
Verloop van het overleg in kennisarena’s en met stakeholders of andere gremia. In 2014 is deelgenomen aan verschillende platforms en gremia. Voorop staat de deelname in het TKI-Watertechnologie. TNO beoogt door deelname in het TKI Watertechnologie een verdere bijdrage te leveren aan het ontwikkelen van commercieel aantrekkelijk doorbraaktechnologieën op het gebied van decentrale waterbehandeling en op het demonstreren van deze technieken met KWR, Wetsus, Technische Universiteit Delft en Wageningen Universiteit als partners in de kennisinfrastructuur en waterketen. Daarnaast is het Europese Water Supply and Sanitation Technology Platform (WSSTP) belangrijk voor het programmeren van de kennisagenda en het komen tot onderzoeksprojecten met watertechnologie
12135
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
bedrijven en industriële eindgebruikers. In Nederland is daarnaast in 2014 geparticipeerd in meerdere bijeenkomsten van het Nutriëntenplatform en de klankbordgroep voor het EIP-Water. In het kader van het EIP-Water heeft TNO een voorstel voor een Action Group ‘Industrial Water Re-Use and Recycling’ ingebracht. Dit voorstel is als een van de negen uit een totaal van 64 voorstellen geselecteerd. In de Action Group participeren verschillende Nederlandse bedrijven uit de watersector. In 2013 is gestart met het bijeenbrengen van het consortium en voorbereiden op verschillende calls. TNO is actief betrokken bij brancheorganisaties als AquaNederland en VLM, inmiddels samengekomen in de nieuwe brancheorganisatie EnvAqua. 2.2.4
Output: aantallen rapporten, artikelen in wetenschappelijke resp. vaktijdschriften, dag- en weekbladen, geïnviteerde voordrachten en dergelijke. Project Auteurs Titel Tijdschrift / rapport/voordracht Assessment of membrane Consortium Report Creusen et al. distillation-crystallization Deliverable 10.2 process for salt recovery from ij membrane retentate Creusen et al. Recommendation of Consortium Report desalination technologies Deliverable 9.4 and systems for their application at demo sites W. van Recirculation Systems for Consortium Report Tongeren et soilless cultivation Deliverable 2.2 al. W. van Scenario’s for sustainable Consortium Report Tongeren et and safe water use in Deliverable 3.1 al. fresh cut vegetable industry R. Jurgens Laboratory tests of water Consortium Report treatment and Deliverable 3.2 Decontamination technologies for process water in fresh cut o W. van Report on the extraction Consortium Report Tongeren et of alkaloids, pectin’s and Deliverable 4.2 al. Carotenoids Water treatment and W. van SUSCLEAN, final decontamination Tongeren meeting, December technologies for process 4th water in fresh cut: maximizing resource efficiency W. Appelman Ferti-irrigation CZELO conference management and closed on water research for water circulation systems agriculture, 10 juni in greenhouse horticulture. SAWADEC L. Feenstra Report on Innovation Consortium research fluoride removal deliverable
13 1 35
TNO-rapport
1
ZLD-concept C024G
ci ci w
TNO 2015 R10303
R. Creusen et al. N. Koeman et al. N.J.M. Kuipers, J. van Medevoort, J.W. Assink, W. van Tongeren N.J .M. Kuipers, j. van Medevoort, J.W. Assink, W. van Tong eren Norbert Kuipers, Robin van Leerdam, Jolanda van Medevoort, Willy van Tongeren, Bart Verhasselt, Lieve VereIst, Marnix Vermeersch, Dominique Corbisier Van Tongeren et al.
14135
Haalbaarheidsstudie ZLDconcept Spuiwater Pathfinder Study Restwarmte benutten met Membraandestillatie Concepten die momenteel vermarkt worden —
Membraandestillatie: Toepassingen en Nieuwe Ontwikkelingen.
NPT 3, September 2014, 16-17
Techno-economic assessment of boiler feed water production by membrane distillation with reuse of thermal waste energy from cooling water
Desalination and Water Treatment, see. http://dx.doi.org/l 0.1 080/19443994.2014. 946722
Water and Energy for Climate Change Experimental garden for the industry
Climate KIC Newsletter http:/!www.climate kic.org/news/water and-energy-for climate-change experimental-garden for-the-industry! Desalination for the Environment Clean Water & Energy, European Desalination Society, May 11 15, 2014, Limassol, Cyprus DME-Seminar Membrane Distillation, October 23rd 24th, 2014, Fraunhofer ISE, Freiburg / Germany Consortium report deliverable D1.3
.
.
.
.
—
,
N.J.M. Kuipers and D. Corbisier
Techno-Economic Assessment of Boiler Feed Water Production by Membrane Distillation Reuse of thermal waste energy from cooling water -
R. Creusen
Consortium Deliverable Consortium Delîverable NPT 3, September 2014, 16-17
Membrane distillation for cooling water related applications
—
-
—
W. van Tonaeren et
D1.3 Technology performance assessment
TNO-rapport 1 TNO 2015 R10303
al. W. van Tongeren et al. W. van Tongeren et al. N.Kuipers
15/35
Memstill/MD-HEX for case of drinkina water D1.7 Technology performance assessment MemstilI desiccants cascade mode D1.1 Design and building experimental lab. setup with integrated MemstiH/MD-H EX “Simultaneous Production of Potable Water and Power from High Pressure Membrane Distillation driven by Solar Heat (CSP).”
Consortium report deliverable D1.7
-
Consortium report deliverable D1.1
GE and Aramco Ecomagination Challenge: Renewable Energy Solutions for Seawater Desalination Challenge
2.2.5
Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze, sprake van toepassing in opdrachten, zo ja welke. De belangrijkste wijze van gebruik van de behaalde resultaten is via toepassingen van de ontwikkelde technieken door watertechnologiebedrijven en industriële eindgebruikers. In het geval octrooieerbare kennis verworven is dan kan dat door middel van een licentie. Anderzijds is TNO betrokken bij projecten met marktpartijen waarbij technologieën die wel getest zijn maar nog niet geaccepteerd zijn in de markt, via demo’s verder marktbestendig gemaakt worden. Ten derde worden resultaten uit de onderzoeksprojecten aangewend voor het ondersteunen van bedrijven bij de operationele uitvoering van waterzuiveringsinstallaties. Dit kan het geval zijn bij vragen op het gebied van bijvoorbeeld scaling.
2.3
Deelprogramma Deltatechnologie
2.3.7
Inleiding Deelprogramma De voortgaande verstedelijking heeft een grote impact op het milieu, met een toenemende druk op natuurlijke hulpbronnen. Zestig procent van de 39 megasteden wereldwijd bevinden zich op minder dan 100 km van de kust, inclusief 12 van de 16 steden met meer dan 10 miljoen inwoners. Laaggelegen kustgebieden verstedelijken in een snel tempo, leidend tot groeiende economische activiteiten en investeringen. Daarnaast zijn deze laag gelegen kustnabije gebieden erg kwetsbaar voor de gevolgen van klimaatverandering, zeespiegelstijging en de gevolgen van menselijk ingrijpen en veranderend landgebruik in lokale stroomgebieden. Dit leidt tezamen tot een toenemende wereldwijde vraag naar oplossingen voor verstedelijkingsvraagstukken in deltagebieden. Deltatechnologie richt zich op de duurzame leefomgeving in een deltagebied. Wereldwijd zijn verstedeljkte delta’s belangrijke regio’s voor economische bedrijvigheid. Meer dan 23% van de wereldwijde bevolking leeft op minder dan 100 kilometer van de kustlijn; de bevolkingsdichtheid in kustgebieden is meer dan drie keer zo hoog als het wereldwijde gemiddelde. Van de 16 steden met meer dan 10
TNO-rapport
1
TN02015R10303
miljoen inwoners liggen er 12 op minder dan 100 km van de kust. Hier liggen grote verstedelijkingsopgaven die te maken hebben met: • waterveiligheid, wateroverlast en droogte in een veranderend klimaat • duurzame infrastructuur en netwerken • leefbaarheid en een aantrekkelijk woon- en werkklimaat: Climate Proof Cities. Het Vraaggestuurd Programma ‘Water- en Deltatechnologie’ sluit in hoofdzaak aan op het innovatiethema ‘Duurzame aanleg, beheer en onderhoud’. In het Innovatiecontract wordt dit innovatiethema beschreven aan de hand van: Onderwerpen in thema: • Ontwikkeling van deltagebieden, planvorming, planning en ontwerp; • Duurzame en kostenefficiënte offshore engineering, haveninfrastructuur, kust en rivierinfrastructuur; • Bouwen op en in slappe bodems; • Vervangingsopgave kunstwerken en infrastructuur; • Bodemdaling; • Duurzame deltasteden Smart Cities- slimme oplossingen voor klimaatadaptatie, stedelijk waterbeheer en koppeling met energieopgave; • Interactie tussen water en ruimtelijke ordening: water en de leefbare stad. Innovatierichtingen • Life cycle benadering (van o.a. kunstwerken en infrastructuur); • Nieuwe materialen en duurzaam (her)gebruik van grondstoffen en bouwmaterialen; • Technieken om bodemdaling te voorkomen en tegen te gaan; • Meerwaarde uit data en monitoring voor ontwerp, beheer en onderhoud halen. -
2.3.2
Uitvoering en resultaten 2074 In 2014 is het project ‘Climate Proof Cities’ afgerond, een vier jaar lopend onderzoeksprogramma met medefinanciering vanuit het programma Kennis voor Klimaat. TNO was coördinator van dit project dat met 12 nationale en internationale kennispartners is uitgevoerd. Het Climate Proof Cities Programma heeft bij de start als hoofdvraag geformuleerd: Hoe kunnen Nederlandse steden zich voorbereiden op de gevolgen van klimaatverandering? Deze hoofdvraag is uitgewerkt in vijf subvragen overeenkomend met de stappen in de oorzaak-effect-reactie-implementatie keten: • Hoe werkt het stedelijk klimaatsysteem in Nederland? • Wat zijn de gevoeligheden van Nederlandse steden voor de gevolgen van klimaatverandering en hoe kunnen we delen van steden naar hun gevoeligheid karakteriseren? • Hoe kunnen we het best rekening houden met een toekomstig klimaat in het ontwerp van gebouwen en steden? • Hoe kan klimaatadaptatie worden ingepast in bestaande stedelijke planningsprocessen? • Als integratie van het voorafgaande: Wat zijn de gevolgen van de mondiale en regionale klimaatscenario’s voor Nederlandse steden (met andere woorden: hoeveel zou het kosten als we niets zouden doen), en wat zijn geschikte strategieën voor de verschillende scenario’s en hoeveel kosten zouden die met zich mee brengen?
16/35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
Daarnaast heeft CPC zich ten doel gesteld om nauw samen te werken met de steden (de KvK hotspots Rotterdam en Haaglanden, en daarnaast Amsterdam, Utrecht, Arnhem-Nijmegen en de Brabantse steden) en daarbinnen met gemeente, waterschappen en andere stakeholders. Het onderzoeksprogramma heeft vooral aandacht besteed aan hitte in de stad en de toenemende risico’s van langdurige warme periodes, en aan overlast door frequentere en intensere regenbuien. Water en hitte zijn met elkaar verbonden, bijvoorbeeld doordat langdurige warmteperiodes kunnen leiden tot droogte en doordat water door verdampingskoeling de temperatuur kan terugdringen. Het onderzoek was praktisch georganiseerd in een 20-tal deelonderzoeken, uitgevoerd door negen promovendi, drie postdocs en vele onderzoekers van tien verschillende onderzoeksinstituten. Om de bruikbaarheid van de uitkomsten in de praktijk te vergroten hebben de onderzoekers samengewerkt in vijf case studies in verschillende Nederlandse stedelijke gebieden, te weten: Rotterdam, Haaglanden, Amsterdam, Arnhem/Nijmegen, Utrecht en steden in Noord-Brabant. De eindrapportage, beleidsinstrumenten en overige resultaten van het onderzoeksprogramma Climate Proof Cities’ zijn te vinden onder www.kennisvoorklimaat.nl/stadsklimaat. Daarnaast is het onderzoek gebundeld in een speciale uitgave ‘Climate Adaptation in Cities’ van het wetenschappelijk tijdschrift ‘Building & Environment’, volume 83. Ongeveer parallel met de opzet van het Kennis voor Klimaat programma, begon ook het bewustzijn van klimaatverandering bij de Nederlandse steden te groeien. Bij het begin van het CPC onderzoeksprogramma betrof het nog een handjevol steden (en individuen) die zich met adaptatie bezighielden. Relaties tussen gemeenten en waterschappen op dit gebied bestonden nog nauwelijks. Mede gestimuleerd door het Deltaprogramma Nieuwbouw en Herstructurering (DPNH) is de laatste jaren een brede beweging ontstaan wat onder andere heeft geleid tot het ‘Manifest Klimaatbestendige Stad’ en de ‘Handreiking Ruimtelijke Adaptatie’. Beide geven adviezen over het klimaatbestendig maken van de stad. Op Prinsjesdag 2014 is de Deltabeslissing Ruimtelijke Adaptatie aan de Tweede Kamer aangeboden; deze beoogt het ruimtelijk beleid meer waterrobuust en klimaatbestendig te maken. De onderzoeksresultaten uit Climate Proof Cities hebben bij de totstandkoming van de \deltabeslissing Ruimtelijke Adaptatie een belangrijke rol gespeeld. In het verlengde van de uitkomst van het project ‘Climate Proof Cities’ îs binnen het Vraaggestuurd Programma gestart met het uitwerken van instrumenten voor stedelijk asset management en klimaatverandering. Door asset management als uitgangspunt te nemen kan klimaatadaptatie op een praktische wijze in het onderhoud en beheer van een stad of gemeente ingezet worden. Door interviews met experts op gebied van infrastructuur (beheer en onderhoud) en klimaatadaptatie zijn antwoorden gevonden op de volgende vragen: • Welk assets zijn er in een stad (afbakening)? • Hoe gevoelig is een bepaalde asset en welke adaptatiemaatregelen zijn hierop van toepassing? • Hoe ziet de beheer- en onderhoudscyclus van een asset eruit en wat zijn huidige trends en ontwikkelingen? • Welke adaptatiemaatregelen kunnen aan een onderhouds-/ renovatiemoment worden gekoppeld?
17135
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
18/35
Deze informatie is verwerkt in de Meekoppel-tool, een webtool waarmee in enkele stappen een beeld kan worden gevormd van meekoppelkansen. Dit beeld kan ingebracht en aangescherpt worden in een discussie met investeerders en andere stakeholders in projecten. Belangrijk hierbij is het bieden van een aantrekkelijk investeringsperspectief. Hiervoor is additionele kennis over de kosten en baten van adaptatiemaatregelen nodig die nog onvoldoende voorhanden is. Daarom is bijzondere aandacht besteed aan de kosteneffectiviteit van maatregelen. Om adaptatiemaatregelen mee te kunnen koppelen in onderhoud is het van belang om inzichtelijk te krijgen of de investeringskosten in het onderhoud veranderen en welke (maatschappelijke) baten of vermeden kosten verwacht mogen worden na het nemen van een adaptatiemaatregel in vergelijking met (regulier) onderhoud. In het project is daarom een rekenmethode ontwikkeld op basis van KPI’s waarmee de netto contante waarde van adaptatiemaatregelen kan worden benaderd. 2.3.3
Overzicht van mate van participatie in (inter)nationale onderzoeks-programma’s en netwerken. TNO werkt binnen het Deelprogramma ‘Deltatechnologie’ samen met verrschillende kennisinstellingen: Deltares, Technische Universiteit Delft, Technische Universiteit Eindhoven, Wageningen UR, overheid en marktpartijen. Dit gebeurt in nationaal en internationaal verband. Onze betrokkenheid wordt zichtbaar door: Nationaal: • Kennisplatform Deltaprogramma/Programma Nieuwbouw en herstructurering • Rotterdam/Clean Tech Delta • Kennis voor Klimaat Internationaal: • Knowledge and Innovation Centre (KIC) Climate • JPI-Clic Europe, JPI Urban Europe Deze netwerken worden onder andere aangesproken bij internationaal onderzoek. Zo is in 2014 met partners uit deze netwerken onder andere gewerkt aan het indienen van een voorstel in het Europese Horizon2o20-programma op het gebied van klimaatadaptatie en netwerken in stedelijk gebied. Begin 2015 werd bekend dat het voorstel met TNO als coordinator, RESIN, is toegekend.
2.3.4
Output: aantallen rapporten, artikelen in wetenschappelijke resp. vaktijdschriften, daa- en weekbladen, geïnviteerde voordrachten en derqeljke. Auteurs Titel Tijdschrift / rapport/voordracht V. Rovers, P. Bosch, Climate proof cities: Zie: R. Albers eindrapport http://www. kennisvoorklimaat nl/stadsklimaaUclimatepcoof citieshandvatten R. Albers et al. OveMew of challenges Building and Environment, and achievements in the doi: climate adaptation of 10.1 016/j.buildenv.2014.09.0 cities and in the Climate 06. Proof Cities program .
TNO-rapport
1
TN02015R10303
A.Groot et al.
Peter Bosch
Peter Bosch, Vera Rovers Groot, A., Jacobs, C., Bosch, P., Buijs, S. Rovers, V., Bosch, P., Albers, R
Presentatie door: P. Bosch
R. Albers R. Albers
V. Rovers
2.3.5
19/35
Integration in urban climate adaptation: Lessons from Rotterdam on integration between scientific disciplines and integration between scientific and stakeholder knowledge Guideline Effectiveness of Adaptation Measures: Common Units Climate Proof Cities: Relevant Terms and Definitions Naar een klimaatbestendige Bergpolder Zuid Factsheets Klimaatbestendige wijken, Klimaatbestendige Woningen, Waterrobuuste Steden, Hittestress
Building and Environment, http://dx.doi.org/16/j.bui ldenv.2014.07.023
Titel Climate Proof Cities: How Dutch cities can prepare themselves for climate change lmpacts Resultaten Climate Proof Cities Verleiden of verbieden, prikkels en regels voor klimaatbestendige stad Vulnerabiity typology of buildings for heat waves
Congres/event Deltas in Times of Climate Change II, 24 —26 september 2014
Knowledge for Climate report KfC 147/2014 Knowledge for Climate report KfC 148/20 14 KvK rapport 149/2014
http://www.kennisvoorklimaat .nl/stadsklimaaUonderzoekst hemaklimaatbestendigestede
CPC Eind-bijeenkomst 29 oktober 2014 Workshop Kennisfestival Deltaprogramma, 23 juni 2014 ICLEI Resilient Cities’, 2014
Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze, sprake van toepassing in opdrachten, zo ja welke. Een belangrijk deel van de resultaten uit dit programma is rechtstreeks ingebracht in het Programma Nieuwbouw en Herstructurering. Daarnaast is in 2013 het programma Klimaatbestendige Stad, een samenwerking tussen Waterschappen en Gemeenten, gestart dat tevens ondersteund wordt vanuit dit programma. In het verlengde hiervan heeft TNO bijgedragen aan de ontwikkelingen rondom de Deltabeslissing Ruimtelijke Adaptatie (Kennisportaal, Stimuleringsprogramma, Intentieverklaring). Een tweede wijze van toepassing is in samenwerking met bedrijven en als inbreng in consortia op het gebied van toegepast onderzoek en advisering. Hierbij wordt partners toegang verleend tot de kennis en resultaten uit publiek gefinancierd onderzoek. Van belang hierbij zijn de ontwikkelingen die in 2014 gestart zijn binnen het Nationaal Kennisprogramma ‘Water en Klimaat’. Dit
TNO-rapport
TNO 2015 R10303
samenwerkingsverband tussen overheden, waterschappen, kennisinstellingen en bedrijfsleven beoogt de kennisbasis voor het klimaatadaptatiebeleid en de valorisatie daarvan. TNO draagt hier vanuit haar kennis rondom stedelijk klimaatadaptatie en asset management actief aan bij.
20 /35
TNO-rapport j TNO 2015 RI 0303
3
VP Hightech Maritiem en Offshore
3.1
Inleiding
De beoogde impact van het programma laat zich samenvatten in een missie van het programma, namelijk: Impact maken door vooral de Nederlandse maritieme en offshore industrie te ondersteunen in hun technologische toppositie in de wereld waarmee de concurrentiepositie wordt versterkt”. De • • •
impact focust zich op: Duurzaamheid Efficiëntie en prestatieverbetering Creëren van nieuwe economische activiteit Realiseren van nieuwe waardeketens
De onderliggende visie op de rol van TNO is dat de maritieme en offshore industrie in Nederland op dit moment bezig is met een innovatieslag op een aantal fronten tegelijk: Geografische expansie (internationalisatie, waarbij productie deels naar lage lonen schuift maar de hoogwaardige engineering en productontwikkeling in Nederland blijft en nog meer moet gaan excelleren). Verduurzaming (van product Um keten). • Opschalen van bestaande activiteiten inclusief diepzee en arctisch. Versnelling van innovatie en behoefte aan strategische kennispartners door opkomende BRICK landen en vergrijzing binnen Nederland. Een gerichte vraag gestuurde bundeling van krachten op het fundamentele vlak (universitair) en toepassingsgericht onderzoek (TNO) is hierbij van essentieel belang. Tegelijk blijft de sector op zoek naar mogelijkheden om nieuwe of alternatieve materialen veilig en duurzaam toe te passen. De sector heeft, om al deze ambities te realiseren, behoefte aan snel inzetbare ontwerpers en onderzoekers met een multidisciplinaire achtergrond en bijpassende experimentele tesifaciliteiten. TNO heeft passende competenties in huis en kan vanuit haar multidisciplinaire kennis binnen een project met een multidisciplinaire aanpak hier een grote bijdrage leveren.
3.2
Onderzoekslijnen Het programma kent vier lijnen of business cases gericht op respectievelijk duurzaamheid, efficiëntie, creëren van vernieuwende economische activiteit en creëren van nieuwe waardeketens. Elk van deze lijnen heeft een prioriteit en een duidelijke doelstelling. • •
•
Duurzaamheid: deze lijn is primair gericht op het verlagen van (geluids- en brandstof) emissies van schepen en platforms; Efficiëntie en prestatieverbetering: deze lijn is primair gericht op het introduceren van nieuwe materialen en onderhoudsconcepten waarbij wordt ingezet op de voorspelbaar-heid van de performance voor een operatie of asset vanuit de conceptuele fase Nieuwe economische activiteit: deze lijn is er primair op gericht om de industrie in Nederland voorop te laten lopen in het ontwikkelen van apparatuur voor het delven van grondstoffen op grote diepte (oceaanbodem); tegelijkertijd wordt vanuit “Smart Industries” gekeken hoe de flexible manufacturing” van
211 35
TNO-rapport
•
1
TNO 2015 R10303
toegevoegde waarde kan zijn voor onze resterende scheepsbouw maakindustrie. Nieuwe waardeketens: deze lijn is er primair op gericht om binnen de Nederlandse maritieme sector nieuwe aandrjfconcepten te introduceren zoals elektrisch/hybride varen of varen op LNG. De introductie van dergelijke nieuwe concepten is een complex proces omdat de gehele waardeketen, bunkerstations, toeleveranciers, reders, wet- en regelgeving, tegelijk tot invoering moet besluiten.
In de komende strategie periode zet TNO voor de maritieme en offshore sector ook in op de zogenaamde Early Research Programs. Hierin wordt tevens de technologieontwikkeling gestimuleerd, als voorloper op latere inzet in vraaggestuurde programma’s. De twee prominente ERP programma’s voor maritiem zijn: • Enhanced automation waarbij de optimale mens-machine interactie een rol speelt om veilige, voorspelbare en kosten efficiënte innovaties te realiseren • Structural Integritry: Primair is gekozen om voor Offshore Wind Structures innovaties te realiseren of kostenefficiëntie en betere voorspelbaarheid van de asset management prestatie / minimaliseren van de onderhoudskosten. Vraagsturïng De vraagsturing van het programma verloopt uiteraard primair in vele bilaterale contacten met de industrie en kennisinstellingen. Daarnaast zijn er twee overlegorganen waarin het TNO programma expliciet wordt afgestemd op de behoeften en prioriteiten van de industrie: Maritime Innovation Council: TNO maakt deel uit van het Bestuur van de Maritime Innovation Council (=TKI Maritiem) waarbij het vraaggestuurde programma nauw aansluit op de prioriteiten van het maritiem innovatieprogramma. • Maritiem Kennis Centrum: TNO maakt deel uit van het MKC en is lid van de Programmaraad van het TKI Maritiem. • Maritime Innovation Day Een jaarlijkse maritiem (klant) event met stakeholders uit de Maritieme sector en betrokken overheidsorganen (ontwikkeling regelgeving). • Joint Industry Projects waarbij sectorbreed wordt afgestemd met directe partners (eindgebruikers en of toeleveranciers en stakeholders in een keten). • Sectorbrede presentaties en het bijdragen aan wetenschappelijke publicaties op wereldconferenties. Het belangrijkste samenwerkingsverband voor dit programma is het Maritiem Kennis Centrum (MKC) en de Innovation Council van Nederland Maritiem Land (NML IC). TNO is binnen de NML IC belast met de portefeuille Europa (gericht op bijdragen binnen de KP programma’s en Horizon 2020) en heeft sinds 2012 het voorzitterschap van het Forum Europa, dat namens de NML IC de belangen van de Nederlandse maritieme industrie (incluis het MKB) behartigt. Met betrekking tot relevante innovatieprogramma’s zijn door de sector prioriteiten gesteld op basis van een aantal wereldwijde trends. Deze worden opgepakt vanuit het Maritiem Topconsortium voor Kennis en Innovatie in onder andere de research en onderwijs agenda van het Maritieme Cluster. Vraagsturing verloopt in dit programma vooral via het maritieme innovatieprogramma. Belangrijke ontwikkelingen vanuit 2014 hierop zijn: Deep sea development: De centrale doelstelling daarbij is om de Nederlandse industrie te helpen bij het ontwikkelen van apparatuur die kan opereren in extreem diep water. In een Strategisch Programma, binnen de business case “Winnen op Zee” (Zie figuur 1. ) is al in 2012 het initiatief genomen tot ontwikkeling van een Hyperbaric Test Centre. Hierin wordt de noodzakelijke innovatiegroei mogelijk
22135
TNO-rapport 1 TNO 2015 RI 0303
waarbij technologieontwikkeling wordt gecombineerd met experimenten en validatie in een hogedrukfaciliteit. Dit Test Centre is gezamenlijk met de TU Delft, Deltares, Imares (Wageningen Universiteit), NIOZ en de industrie, waaronder industry firm leaders als IHC, Van Oord, Imtech en Allseas, geïnitieerd. In 2013 heeft een verdere implementatie van de initiële haalbaarheidsstudie aanleiding gegeven om naast een uitgewerkte businesscase vooral in te zetten op de specifieke onderzoeksvragen en pas daarna in een unieke faciliteit te investeren. Voor het verder positioneren van Nederland op de diepzeekennisontwikkeling zijn onderwijsinstituten en industrie, samen met de overheid leidend voor de implementatie van een business case met betrekking tot de exploitatie van een Deep Sea Innovation Centre. In 2014 zijn met name de onderzoeksgebieden verder uitgewerkt en is op materiaal en constructiegebied de samenwerking met de TU Delft versterkt. Als basis voor een dergelijk Centre is een gezamenlijk initiatief gestart met NIOZ, Imares en Deltares om te komen tot een Maritime Consortium for Environmental Science and Technology (MUST). Daarnaast zien we de belangstelling vanuit de industrie voor Arctische exploratie toenemen ofschoon eind 2014 door de dalende olieprijzen op olie en gas investeringen Offshore heroverwegingen worden gemaakt. Voor schaarse grondstoffen/mineralen blijft de vraag relevant. Juist de extreme omstandigheden waarbij state of the art technologie noodzakelijk is voor mens en machine om veilig en betrouwbaar te acteren, biedt kansen voor de Nederlandse industrie. 3.3
Programma-uitvoering 2014
Het Kabinet heeft negen topsectoren aangewezen. Dit zijn sectoren waarin Nederland wereldwijd sterk is. De Watersector is er daar één van. De watersector richt zich op de Maritieme sector, Deltatechnologie en Watertechnologie. Nederland is het maritieme centrum van Europa en bezit een van de sterkste maritieme en meest complete clusters ter wereld. Die sterke positie is mogelijk door een zeer diverse vloot van zeeschepen, de grootste havencapaciteit en binnenvaartvloot van Europa en een veelzijdige maritieme maak- en kennisindustrie. Daarnaast is Nederland wereldwijd toonaangevend op het gebied van offshore dienstverlening en ontwikkeling van complexe Maritieme en Offshore systemen. De deelsectoren werken aan elf thema’s. Centraal verbindend element vormen de woorden veiliger, duurzamer en efficiënter. Vanuit TNO wordt strategisch geïnvesteerd in de kennis die nodig is voor het succesvol implementeren van diverse innovatiecontracten. De belangrijkste zijn Water/Maritiem en Energie met Wind op zee en LNG gerelateerde ontwikkelingen. De kennisontwikkelingsfocus voor TNO High Tech Maritime en Offshore systemen ligt op de volgende prioritaire innovatiethema’s waarin in 2014 met diverse projecten is geïnvesteerd in een verder kennispositie: 1. Schone schepen: alternatieve brandstoffen, brandstofbesparing, reductie emissies en geluid vanuit de druk op schaarste en milieu. 2. Slimme schepen (gewijzigd in Slim en veilig varen): veiliger schepen en platforms, reductie bemanning en onderhoudskosten; marine- en speciale schepen 3. Winnen op zee: duurzame grondstoffen- en energiewinning op zee mcl. sustainable energiewinning (Wind & Tidal) 4. Efficiënte infrastructuur TNO hecht grote waarde aan het tot stand brengen van zogenaamde TKI-projecten.
23! 35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
Onder schone schepen” is in 2014 de in 2013 gegeven aanzet vertaald in een consortium JIP ‘Hybridili’, een samenwerkingsproject met de industrie, overheid en kennisinstellingen op hybride aandrijvingsconcepten voor de sector. Ook is voor de rondvaartsector te Amsterdam succesvol gewerkt om de inzichten van schonere brandstoffen op lokaal en regionaal niveau te verbeteren (Waternet, operatie boeggolf). Internationaal heeft TNO een trekkersrol in het DG-Clima project verworven op emissie van schepen. Tevens is gewerkt aan de implementatie van LNG als brandstof voor schepen. Er is kennis ontwikkeld en toegepast, samen met de industrie en de overheid, met betrekking tot maritieme toepassingen en de brandstof LNG. Het betreft vraagstukken op het veilig implementeren van brandstoftanks en ook ladingtanks aan boord alsook de benodigde maatregelen in de gehele keten (aanvoer, overslag, doorvoer en eindgebruik) in relatie tot de regelgeving. Onder “slimme schepen” heeft TNO het TKI-project lShare@sea geïnitieerd. De maritieme sector heeft de handen ineengeslagen om het onderhoud aan onder andere zeeschepen slimmer te maken. Door het inzetten van sensoren kunnen cruciale installaties aan boord continu worden gemonitord. Voordat er echter begonnen kan worden met het toepassen van bestaande sensoren in de maritieme sector, is het noodzakelijk dat de informatievoorziening over de conditie van verschillende installaties op zeeschepen eenduidig wordt. In het project lShare@sea is samengewerkt om samen met kennisinstellingen om gezamenlijk tot een open datastandaard te komen. Onder “winnen op zee” heeft TNO zich samen met nationale en internationale bedrijven en kennisinstellingen, waaronder MARIN, TU Delft en IHC Merwede vanuit Nederland gepositioneerd in de eerste grote H2020 “Blue mining” Breaktrough Solutions for mineral extraction and Processing in Extreme Environments” (www.bluemining.eu) TNO heeft in diverse ontwikkelingen geparticipeerd en bijgedragen vanuit haar toegepaste onderzoeksrol. De deelname in het “Arctic marine operations challenges and recommendations”, samen met de R&D partners als MARIN, Deltares, Imares en de Technische Universiteit Delft en de Nederlandse industrie is inmiddels afgerond met een gezamenlijke publicatie. Zwaartepunt ligt op “human factors” onder extreem koude omstandigheden en ook de materialen en constructieve kant ten behoeve van het voorspelbaar gedrag van en veilig construeren met hogere sterkte stalen onder Arctische omstandigheden. (www.arctic-operations-handbook. info). In het Europeses Seahorse Project participeert TNO vanuit haar human factors expertise. Het onderwerp is hier “Safety Enhancement in tranport by Achieving Human Oriented Resilient Shipping Environment” (www.seahorse.eu). Met betrekking tot de inspanningen op Offshore Wind (assetmanagement, constructies en materialen) is samen met industrie en instituten (ECN, MARIN) en universiteiten zeer intensief samengewerkt vanuit de TKI Wind op Zee. Tevens is deze krachtenbundeling benut om buitenlandmissies vanuit EZ naar Japan, Korea en China te helpen ondersteunen. De kennisontwikkeling is gebaat bij excellent onderzoek op de volgende maritieme kennisgebieden. De lopende en vooral nieuwe kennisinvesteringen in de verschillende programma’s moeten bijdragen aan de sterke positionering van TNO. In 2014 is vanuit TNO ingezet om met name de onderstaande onderdelen 2 Um 6 te versterken, waarbij MARIN het zwaartepunt invult op het onderdeel hydrodynamica. Details over de verschillende projecten lopend onder dit programma zijn separaat verkrijgbaar.
24135
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
25 1 35
De volgende onderwijs- en onderzoeksgebieden vormen de ruggengraat van onze researchagenda: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Hydrodynamica Maritieme constructies en materialen Maritieme systemen en processen Maritieme ontwerp- en bouwtechnologie Maritieme operaties De impact op de mariene omgeving
4,Jw,2OI2
Maritiem TKI en Maritiem Onderzoek Programma NML Innovation Council (Kernteam Maritiem) Maritiem Topconsortium voor Kennis en Innovatie fTKI) TKI Bureau (NML): Innovatie Agenda van de Maritieme Cluster (Innovatie thema’s) irïee UdneschIp 1 vU. toekJ
ri
LJ
t —
‘jiaJ
Ullil
1 ÏIÏI iic
1
Li2:J
ii
II
t
iieFÇa,e
Maritiem Kennis Centrum (MKC): Research en onderwijs agenda van de Maritieme Cluster (Research gebieden) Maritieme operaties
L
Impact op marine
omgeving
en materialen
L_____ IMARES/NIOZI
----,
STW Calls
Programma commissie (beschrijving calls) NWO Penvoerder (uitvoering calls) Maritiem Onderzoek Programma (înclusief Vrije calls)
Stuurgroep Maritiem vivvi i vv thema
t t
ALW Calls
TNO-rapport
1
TNO 2015 RI 0303
4
VP World Class Maintenance
4.1
Inleiding
261 35
De verschillende infrastructuren, zoals het wegennet, het spoor, leidingen etc. zijn veelal in de jaren 60 en 70 van de vorige eeuw aangelegd. Ze bereiken in grote meerderheid de komende decennia hun ontwerplevensduur van tussen de 50 en 80 jaar. Er is relatief grote onzekerheid over hun restlevensduur en daardoor ook over de komende vervangingsbehoefte. Bovendien mag verwacht worden dat de onderhoudsbehoefte zal toenemen, waarvan de aard en omvang onzeker is. Beter inzicht in de restlevensduur en onderhoudsbehoefte van de assets kan verkregen worden door het uitvoeren van continue conditiemetingen aan objecten of componenten (assets), en deze te interpreteren met tijdsafhankelijke degradatie en onderhoudsmodellen. Door de zo verminderde onzekerheid in de asset conditie kan de vervangingsbehoefte met grotere zekerheid in kaart worden gebracht. Hetzelfde geldt voor het te plegen onderhoud en de hiervoor beschikbare! benodigde budgeten. Het VP World Class Maintenance heeft in tegenstelling tot andere VP’s alleen in 2014 gelopen en is gebaseerd op drie pijlers 1. Mobiliseren van partijen in de keten van het beheer en onderhoud van infrastructurele werken (hier verder asset management genoemd). 2. Demonstreren van meerwaarde van de aanpak Monitoring-Modellering Beslissingsondersteuning om asset management te baseren op de daadwerkelijke staat van een object. 3. Verder ontwikkelen van technologie voor deze aanpak.
-
In dit verslag worden eerst de doelstellingen weergegeven, gevolgd door de aanpak en de resultaten die zijn bereikt per doelstelling. Tot slot wordt beschreven hoe na afloop van het VP een aantal onderdelen nog zal worden doorgezet bijvoorbeeld in de vorm van contractresearch.
4.2
Programma-uitvoering 2014
In dit hoofdstuk worden eerst de vooraf gestelde doelen weergegeven, vervolgens wordt de gekozen aanpak toegelicht. Hierna volgen de resultaten die zijn bereikt per doelstelling en op welke onderdelen een vervolg te verwachten is. Nadrukkelijk wordt hier nogmaals gemeld dat het VP World Class alleen in 2014 heeft gelopen. 4.2.7
Doelstellingen
4.2.1.7
Visie ontwikkeling beheer en onderhoud Eerste doel van het programma was om een gedragen visie voor beheer en onderhoud te ontwikkelen, samen met beheerders, de TU Delft en TNO. Het Onderhoud en Beheer programma van lnfraQuest is hier ook nadrukkelijk bij betrokken.
TNO-rapport 1 TNO 2015 R10303
4.2.1.2
Nut van beheer en onderhoud programma Tweede doelstelling vanuit het programma betrof het laten zien van de toegevoegde waarde van een doordacht beheer en onderhoud programma via een zogenaamde demonstrator. Hiervoor is bewust samenwerking gezocht met een concrete partner, in dit geval ProRail.
4.2.1.3
Toekomstige programma ontwikkeling en afstemming Derde doelstelling is geweest om beheer en onderhoud ontwikkelingen op de langere termijn verder te structureren. Hiertoe is gedacht een overzicht nodig te hebben van type infraconstructies, toegepaste materialen, bepalende condities, bepalende degradatie- en faalmechanismen en monitoringstechnieken. Deze overzichten zijn onder dit onderdeel gemaakt.
Goedkoper onderhouden van onze bruggen TNO werkt aan lagere levenscycluskosten van veilige infrastructuur. Dit gebeurt onder andere door het onderhoud van onze bruggen op een andere manier te plannen. De opbrengsten hiervan zijn nu al: • Een nieuwe manier van informatie verzamelen door sensortechnologie en architectuur die ontwikkelt is binnen het ETP Sensoren. • Het kunnen voorspellen van een gedrag van de brug op basis van het monitoren van een deel van de brug door nieuwe modellen uit het ETP Modellen. • De slimste brug ter wereld; het als pilot uitrollen van het monitoren en modelleren aan de Van Brienenoordbrug in samenwerking met het VP Duurzaam Bouwen en Rijkswaterstaat. • De eerste PPS contracten met lokale overheden op basis van de leercurve aan de Van Brienenoordbrug. Via deze stappen heeft de Nederlandse overheid een route naar zichtbaar lagere onderhoudskosten. Bovendien hebben de betrokken Nederlandse ondernemingen zeer goede kansen voor het uitzetten van deze technologie in het buitenland waar een vergelijkbare vraag is.
27 / 35
TNO-rapport
TNO 2015 R10303
28135
4.2.2
Uitvoering en aanpak
4.2.2.1
Visie ontwikkeling beheer en onderhoud Door een zestal centrale personen in het asset management in Nederland van vandaag is een visie gevormd op hoe asset management er in het jaar 2040 uit zal zien.
4.2.2.2
Nut van beheer en onderhoud programma
4.2.2.2.1 Pilot “Connecting data performance’Prolnfo De demonstrator betreft de Bovenbouw van spoorbeheerder ProRail. We hebben een aanpak en demonstratie versie die laten zien hoe uit grote hoeveelheden beschikbare data de maatgevende prestatie van een constructie te voorspellen is (bottom-up) of andersom laat zien hoe een keuze te maken uit beschikbare meettechnieken om de maatgevende prestatie van een constructie te kunnen voorspellen (top-down). De traditionele bovenbouw van een spoor is met betrekking tot dragen en geleiding opgebouwd uit ballastbed, dwarsliggers en spoorstaven. Elk van deze onderdelen heeft een bijdrage aan de dragende en geleidende functie, waarbij de dragende functie ook mede wordt bepaald door de onderbouw: bijvoorbeeld aardenbaan, brug of viaduct. ProRail beschikt over veel data van deze componenten, bijvoorbeeld: componenteigenschappen (samenstelling, materiaal, uitvoering, leeftijd), inspectie-/monitordata over hun conditie, data omtrent faalgedrag en data met betrekking tot uitgevoerd onderhoud. Enkele kentallen van het geleide systeem gerelateerde componenten zijn weergegeven in Tabel 1. —
Tabel 1 Staat van geleidesysteem gerelateerde onderdelen (d.d. 2012), bron: Beheerplan 2012’, ProRail Dec. 2011. Component
Spoorstaaf Ballast Dwarsliggers Bevestigingsmiddelen Wissels Wisselverwarming
Theoretische levensduur
Gemiddelde leeftijd
1 5-70 jaar 23-40 jaar 15-70 jaar 18-60 jaar 17-60 jaar 15/20 jaar
18 jaar 17 jaar 17 jaar 15 jaar 18 jaar 12 jaar
% objecten ouder dan theoretische levensduur 7% 6% 10% 10% 14% 16%
Per 1 maart voert ProRail het Branche Breed Monitoring Systeem (BBMS) in waarin alle meetdata (conditiegegevens spoorinfra) wordt opgeslagen en van waaruit de data beschikbaar wordt gesteld aan ProRail en aannemers. Ondanks dat dit systeem een enorme stap voorwaarts is, biedt het nog zeer beperkte middelen om inzicht te krijgen in KPI’s (faal-/degradatiemechanismen en risico’s), die weer kunnen worden gebruikt door aannemers en ProRail om onderhoud of vervanging te optimaliseren. Bij ProRail bestaat het beeld dat meer informatie in de beschikbare data aanwezig is dan er op dit moment uit wordt gehaald. Er wordt bijvoorbeeld verwacht dat het integraal meenemen van de componenten in het systeem voordelen biedt ten opzichte van aparte data- en beheersprocessen per component.
TNO-rapport 1 TNO 2015 R10303
29 1 35
Er is behoefte aan (goede) informatie over conditie data en degradatieprocessen. Hiermee kunnen betere planningen voor onderhoud worden gerealiseerd met als mogelijke resultaten een betere beheersing van de functievervulling tegen lagere kosten. Op dit moment is niet bekend welke (extra) informatie uit de beschikbare data kan worden gedestilleerd, welke ondersteunend kan zijn bij het nemen van besluiten, en of de “juiste” data wordt geacquireerd. Het ontbreekt aan de ene kant aan transparantie over de informatie die benodigd is voor het nemen van besluiten en aan de andere kant is er onzekerheid in hoeverre informatie gedestilleerd kan worden uit de beschikbare data. TNO en ProRail hebben daarom onderzocht hoe informatie in meetdata ondersteunend kan zijn bij beslissingen in asset management van spoorinfra. In overleg met ProRail is een case selectie ontstaan • Tracé o Zeeland lijn (instabiel) 80 km, (PGO contract) o Rotterdam the Hague (stabiel) 30 km, (PGO contract) • Conditie indicatoren o Spoorligging o Spoorliggingsaspecten • Performance waarden o Veiligheidseisen en comforteisen —
Haal meet uit het spoor Er is behoefte aan (goede) informatie over de conditiedata en de veranderingen daarin van spoorinfra. Een grote stap voorwaarts is de invoering door ProRail van het Branche Breed Monitoring Systeem (BBMS) waarin alle conditiegegevens van spoorinfra wordt opgeslagen. Bij ProRail bestaat het beeld dat er nog meer informatie uit deze beschikbare data gehaald kan worden. Samen met TNO wordt uitgezocht welke data dit dan is, en welke vruchten hier van te plukken zijn. Een paar voorbeelden: • Welke taken worden door wie in welke volgorde uitgevoerd en welke informatie hebben ze daarbij nodig? Daarbij is gekeken naar het verschil tussen klein onderhoud, groot onderhoud en vervanging, waarbij klein onderhoud steeds meer via contracten wordt uitbesteed. • Er zijn quick scans gehouden om een eerste kwalitatief kosten-baten model te kunnen opstellen die een betere optimalisatie van asset management moet mogelijk maken. • Er is nadrukkelijk gekeken naar twee specifieke cases: de Zeeland lijn en de lijn Den Haag Rotterdam. Op basis hiervan zal in 2015 een case gekozen worden voor verdere uitwerking. • Onderzoek loopt door in 2015 met werkelijke data-analyse en modelvoorspellingen. Ook zal daarbij gekeken worden naar spoorbeheerders in andere landen. Met de inspanningen op deze gebieden helpt TNO ProRail om betere planningen voor onderhoud te realiseren met als resultaten een betere beheersing van de functievervulling tegen lagere kosten. -
Schade aan spoorstaven
TNO-rapport 1 TNO 2015 RI 0303
4.2.2.2.2 Smart Steel Bridge Naast de oorspronkelijke demonstrator voor ProRail is er onder dit programma ook bijgedragen aan het onderzoek aan de Van Brienenoordbrug, een pilot project voor Rijkswaterstaat. We hebben een geavanceerd monitoringssysteem (patent akoestische emissie) in ETP AMSN en daaraan gekoppeld model ontwikkeld in ETP Modellen, waarmee de vermoeiingscheuren in stalen bruggen veel nauwkeuriger zijn te voorspellen. Dat heeft zich in een pilot op de Van Brienenoordbrug, door Minister President Rutte bij de opening van de Hannover Messe de slimste brug van de wereld genoemd, in praktijk bewezen. Wij hebben met onderzoek in het lab een nog gevoeliger monitoringssysteem klaar gemaakt voor toepassing in een field pilot (patent guided wave). Ook is de routine voor het ontwerp van een optimaal adaptief draadloos sensornetwerk op een brug gereed voor toepassing in een field pilot, en zijn de modellen gereed voor de scheurgroeivoorspelling en voor probabilistische doorvertaling van meetresultaten en verwachte scheurgroei naar verwachte overschrijding van de grens voor constructieve veiligheid (wanneer repareren/renoveren! vervangen). 4.2.2.3
Toekomstige programma ontwikkeling en afstemming Een kerngroep van bedrijven heeft, samen met een aantal eigenaars van infrastructuren, de intentie vastgelegd om op basis van een gemeenschappelijk programma onderzoek en ontwikkeling te gaan doen (SRP). De eerder genoemde visie en de “Beschrijving totale potentiele scope voor Future Maintenance lnfra” zijn input bij het opstellen van dit programma. Op dit moment is de aandacht voor de geschetste generieke aanpak geconcentreerd geweest op stalen bruggen. Het doel van dit deelproject is om inzichtelijk te krijgen op welke andere materialen! degradatiemechanismen! constructies TNO zich hierna zou moeten richten en wat TNO daarvoor al in huis heeft. Het eindplaatje is dat allerlei verschillende materialen! degradatie mechanismen/constructies conceptueel op dezelfde manier worden aangepakt. Er wordt als het ware gewerkt naar een cockpit voor integraal asset management. Het verkrijgen van een schematisch overzicht van typen constructies, toegepaste materialen, bepalende condities, bepalende degradatie- en faalmechanismen en sensing technieken. Gevolgde aanpak hiervoor is: Stap 1: Definitie en Inventarisatie van de faal- en degradatiemechanismen van Beton, Staal en Asfalt. In deze stap is een longlist van alle mogelijke faal- en degradatiemechanismes van de materialen staal, beton en asfalt verkregen. Aan verschillende experts binnen TNO op het gebied van beton, asfalt en staal is gevraagd welke faal en degradatiemechanismes optreden. Stap 2: Nadere analyse van de meest voorkomende faal- of degradatiemechanisme en inventarisatie van de sensing technieken. Via interviews is de aanwezige kennis ten aanzien van de sensing technieken gebundeld. Stap 3: Op zetten van een systematisch overzicht van de meest voorkomende faal of degradatiemechanisme en inventarisatie van de sensing technieken
30/35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
31135
4.2.3
Resultaten
4.2.3.7
Visie ontwikkeling beheer en onderhoud Deze visie is vastgelegd in een boek. ASSETMANAGEMENT IN NEDERLAND EEN VOORUITBLIK OP 2040. Het voorwoord van dit boek verwoordt prachtig hoe dit verlopen is: ‘Dit gesprek gunnen we iedereen’, dat was de conclusie nadat we een aantal keren met elkaar hadden gesproken over de toekomst van asset management in Nederland. Enthousiasme en interesse in elkaars werelden karakteriseren de sfeer tijdens de gesprekken. Aannames, gewaagde ideeën en ook zorgen werden gedeeld. Deze uitgave toont een overzicht van de beelden die we uitwisselden. Daarmee is het een uitnodiging om in andere verbanden het gesprek aan te gaan. Want een van de dingen die duidelijk werden, is dat het gesprek aangaan en samen integraal werken in de keten voorwaarden zijn om de assets in de toekomst optimaal te beheren. Deze uitgave is daarom niet bedoeld als punt, maar als komma. Geen afronding, maar een aftrap.
4.2.3.2
Nut van beheer en onderhoud programma
4.2.3.2.1 Pilot “Connecting data performance’ Proinfo Het Prolnfo project heeft waardevolle inzichten opgeleverd, zowel over de manier van datacollectie, als over welke data verzameld wordt en zou moeten worden. Het concept Value of Information is hier duidelijk van meerwaarde gebleken. Dit concept staat voor het bepalen wat de economische waarde is van het vergaren van informatie, uitgaande van het idee dat het vergaren van bepaalde informatie altijd kosten met zich meebrengt en alleen waarde toevoegt als het andere/betere beslissingen mogelijk maakt. Op deze manier kan een weloverwogen keuze gemaakt worden om meer of minder te monitoren. TNO heeft zogenaamde Bayesiaanse netwerken gebruikt voor de data analyse. Bayesiaanse netwerken zijn een handige data mining methode voor het zoeken van samenhang tussen verschillende variabelen. Ze kunnen daarnaast worden gebruikt voor het kwantificeren van (gecond itioneerde) transitiematrices. Het resultaat is een overzicht van de bijdrage aan onderhoud, veiligheid en comfort en betrouwbaarheid. De belangrijkste resultaten en bevindingen zijn: • Degradatie neemt exponentieel toe bij een afwijkende spoorligging Op tijd onderhoud plegen is daarom belangrijk en kostenbesparend. • Bij een goede uitgangspositie van spoorligging die vervolgens een aantal maanden wordt vastgehouden, het spoor zich goed “zet” en er vervolgens aanzienlijk minder onderhoud nodig is in de jaren erna. • Spoorligging wordt binnen een veiligheidsmarge gehouden. Echter, omdat degeneratie exponentieel gaat, is er altijd een risico dat er een onbeheerste situatie ontstaat. • Een afwijkende spoorligging leidt tot discomfort voor zowel reizigers als personeel. • Wanneer een afwijkende spoorligging tot een calamiteit leidt, kan dit een verstoorde treinenloop of aangepaste snelheden tot gevolg hebben. • Een afwijkende spoorligging kan leiden tot calamiteiten. Kosten van onderhoud bij een calamiteit (ongepland onderhoud) zijn al snel vier maal hoger dan van gepland onderhoud. —
.
,
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
4.2.3.2.2 Smart Steel Bridge Door de aandacht rond de pilot op de Van Brienenoord brug, de grootste stalen brug van Nederland, ontstond van verschillende kanten de vraag wat de meerwaarde van TNO’s aanpak zou zijn voor stalen bruggen van bescheidener omvang, waarvan er in Nederland vele honderden zijn. Deze vraag is in dit VP opgepakt. In 2014 heeft TNO een Technologiecluster uitgevoerd genaamd ‘Onderhoud stalen bruggen bij lokale overheden’. Hierin werd TNO kennis over vermoeiing van stalen rjdekken en MKB kennis van beheer en onderhoud gebundeld om dienstverlening van het MKB te verbeteren. Onderdeel van de TNO kennis is het innovatieve monitorsysteem op de Van Brienenoordbrug (VBB) voor detectie van scheuren in stalen rijdekken. Dit systeem, geïnstalleerd op een klein deel van het dek, bestaat uit rekstroken, vibratie-opnemers, Akoestische Emissie (AE), temperatuur- en luchtvochtigheidssensoren. Op basis van rek, temperatuur en AE worden vermoeiingsberekeningen uitgevoerd die met behulp van een probabilistisch model worden gebruikt voor de rest van de brug. Het uiteindelijke doel is het bepalen van vermoeiingsschade en bijbehorende inspectie-intervallen en termijnen van renovatie. De Provincie Zuid-Holland (PZH) heeft een groot aantal ‘relatief kleine’ stalen beweegbare bruggen in haar areaal, zogenaamde vallen. Vermoeiing van de dekken van deze stalen vallen is een probleem, zoals is gebleken bij de Hartelkanaal- en Zoetwaterkanaal bruggen. Op dit moment onderzoekt PZH deze bruggen elke tien jaar en stelt naar aanleiding daarvan een onderhoudsplan op. Deze termijn is voornamelijk ingegeven door de onderhoudsbehoefte van de brugbesturing en de bewegingswerken. Bij bruggen met een verhoogd risico (combinatie van dunne dekplaat, hoge verkeersintensiteit en hoge leeftijd) wordt vooraf een Non Destructief Testen (NDT) uitgevoerd en tijdens het onderhoud een gedetailleerd onderzoek uitgevoerd. Bij de niet risicovolle bruggen wordt alleen het gedetailleerde onderzoek uitgevoerd tijdens onderhoud. De dekken van de stalen vallen worden daardoor één keer in de tien jaar op vermoeiing onderzocht. Het is niet zeker of deze termijn voor vermoeiing adequaat is. Daarnaast is, tot het moment van uitvoering onzeker of er vermoeiingsscheuren aanwezig zijn en welke herstelkosten ermee zijn gemoeid. Dat inzicht wil PZH vanwege aanbestedings- en budget technische redenen vooraf hebben. PZH heeft daarom behoefte aan een kosteneffectieve inspectie/monitortechniek waarmee de scheurconditie van de stalen vallen kan worden voorspeld en waarmee kan worden aangetoond dat de onderzoekstermijn van 10 jaar volstaat op het punt van vermoeiing. Dit project ‘monitoring Kruithuisbrug’ heeft als doel om inzicht te krijgen of het haalbaar is om dit monitoring systeem kosten effectief toe te passen op een areaal van kleine beweegbare stalen bruggen. Dit project behelst daarom twee delen; 1. Ontwikkeling van een relatief goedkoop monitorsysteem voor beweegbare bruggen, op basis van de technologie toegepast op de Van Brienenoord brug. 2. Ontwikkeling van monitorscenario’s voor een areaal aan kleine bruggen en het berekenen van de kosten. In overleg tussen PZH en TNO is afgesproken om een monitoringproject op te zetten aan de Kruithuisbrug te Delft voor de ontwikkeling van het monitorsysteem. Ook is afgesproken bedrijven bij dit project te betrekken voor kennisoverdracht en contin uïteit.
32 1 35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
De sensoten zijn aan het einde van 2014 op de Kruithuisbrug bevestigd en de metingen lopen door in 2015. De eerste resultaten maken duidelijk dat ook in dit geval monitoring zeer waardevol is. Door dit project is ook duidelijk geworden dat TNO op basis van de eerdere ervaring op de Van Brienenoordbrug al veel geleerd heeft en duidelijk een efficientieslag heeft gemaakt met het installeren van de sensoren. Deze kennis is tijdens de uitvoering van het project overgedragen aan de deelnemende bedrijven.
4.2.3.3
Toekomstige programma ontwikkeling en afstemming Resultaat van deze activiteit is een overzicht van degradatiemechanismen van verschillende materialen, en de gebruikte methoden om deze te identificeren. Hieruit blijkt onder andere dat op dit moment voor de meerderheid van de mechanismen nog geen gangbare monitoringtechniek bestaat, maar dat het veelal om destructieve testen of visuele inspecties gaat. Dit kan een belangrijke belemmering vormen voor de door TNO gepropageerde aanpak waarin monitoring een belangrijke component is. Een internationaal gezelschap met vertegenwoordigers uit bedrijfsleven en academia heeft op initiatief van TNO een R&D agenda opgesteld voor betonnen en stalen civiele infrastructuur. Hierbij is gebleken dat in verscheidene landen vergelijkbare problematiek speelt. Deze R&D agenda dient als startpunt voor meer samenwerking op de gedeelde zaken. Om tussen TNO en directe partners kennis te delen, is een bijeenkomst georganiseerd waarbij diverse projecten zijn gepresenteerd. 0p deze manier is voor alle geïnteresseerden snel duidelijk op welke terreinen nieuwe kennis wordt ontwikkeld en wat de belangrijkste onderwerpen zijn. Tot slot is een film gemaakt van het werk dat TNO heeft gedaan aan stalen bruggen, o.a. de van Brienenoordbrug. Ook Rijkswaterstaat heeft meegewerkt aan deze film, waarin Rijkswaterstaat en TNO gezamenlijk de infrastructuur sector
33 1 35
TNO-rapport
1
TNO 2015 R10303
oproepen bij te dragen aan meet innovatie. Deze film is op TNO’s website geplaatst. Het is echter wel gebleken dat het komen tot een dergelijk gemeenschappelijk programma onderzoek en ontwikkeling meer tijd nodig heeft en het meeste kans van slagen heeft als de gehele keten betrokken wordt. Hierbij is de deelname van asset eigenaren een absolute voorwaarde. Door de aard van de civiele infrastructuursector is voor de zeer gewenste deelname van bedrijven een ketenaanpak de enige mogelijkheid voor het vormen van een onderzoeksprogramma. Deze keten zou idealiter bestaan uit een asset eigenaar, een ingenieursbureau, een aannemer, een monitoringbedrijf, eventueel verder aangevuld met sensorleveranciers of een ICT bedrijf.
4.2.4
Vervolg TNO zal ook in de komende jaren verder doorgaan op de ingeslagen weg rond asset management. De resultaten van dit VP hebben bijgedragen aan verdere uitwerking en demonstratie van het gedachtengoed. Op basis van de hierboven resultaten en plannen zal een aantal activiteiten doorgezet worden in 2015, ofwel in de vorm van contractresearch dan wel onder een ander VP. De monitoring van de Kruithuisbrug loopt door in 2015 met alle betrokken partijen, waarna ook bekeken zal worden hoe aanvullende partijen kunnen worden betrokken. De meerwaarde van het optimaliseren van informatie inwinning wordt duidelijk onderkend bij ProRail. ProRail wenst dan ook een vervolg en uitbreiding op het Prolnfo project, dat in 2015-2016 zal worden uitgevoerd met financiering van ProRail.
34135
TNO-rapport
5
1
TNO 2015 RI 0303
Ondertekening Delft, 27 februari
Ir. L.J.J. Managing
Urbanisation
35 135
*
