Neo Orbis: wereldprimeur emissievrije scheepvaart
Met het innovatieproject Neo Orbis, een pilotschip voor duurzame scheepsbouw, wil Port of Amsterdam een voorbeeldrol vervullen op het vlak van emissievrije scheepvaart. Projectenbureau H2Cif kreeg de opdracht voor het bouwen van de chemische installatie, die nodig is om elektriciteit op te wekken met waterstof. Voor de software engineering deed H2Cif een beroep op TCPM, dat tevens een belangrijke rol vervulde op het vlak van requirements engineering voor het ontwerp van het industrieel proces en in het opstellen van de benodigde veiligheidsdocumenten.
Omdat waterstof in gasvorm moeilijk op te slaan is aan boord, wordt gebruik gemaakt van natriumboorhydride – dat als drager voor de waterstof fungeert; H2 Fuel, het moederbedrijf van H2Cif, bezit enkele patenten rond dit chemische proces waarbij natriumboorhydride reageert met water en waterstofgas ontstaat. Dit waterstofgas wordt vervolgens in een brandstofcel omgezet in elektriciteit. Het voordeel van natriumboorhydride is dat het veel compacter en veiliger op te slaan is dan het licht ontvlambare waterstofgas. In een bepaalde concentratie krijgt de oplossing de energiedichtheid van diesel. Maar het brandt of explodeert niet en is emissieloos. Het is het eerste schip ter wereld dat op deze manier gaat varen. Daarbij fungeert de procesinstallatie als een soort range extender: waar een schip op accu’s één uur kan varen, kan dat met de procesinstallatie straks negen uur.
TCPM werd al heel vroeg in het project aangesloten, toen de ontwerpen nog gemaakt moesten worden voor het proces en de procesinstallatie. “Het was de bedoeling om van begin af aan mee te lopen, om begrip te krijgen van de werking van het proces. En ook om onze besturings- en softwarekennis in te brengen in het procesontwerp”, vertelt Jan Wolthuis, competentieleider Industriële Automatisering bij TCPM.
Gaandeweg bleek er tevens behoefte aan ondersteuning bij het opstellen van de requirements. “Denk aan het opstellen van de specificaties voor elke fase en de bijbehorende testspecificaties. Dus: hoe richt je je specificatiedocumenten, testdocumenten en de documentenstructuur in, wat moet er in welk document staan, hoe doe je de verificatie ervan.”
Industriële standaarden
Voor de softwarearchitectuur maakt TCPM als partner van de ISA (Industrial Standard of Automation) gebruik van industriële standaarden voor besturingen zoals ISA 88 / 106 (betreffende het modulair inrichten van het proces en bijbehorende besturing), ISA 101 (inrichting van en weergave op beeldschermen) en PLC-open. “Daarmee wordt de software modulair, schaalbaar, overdraagbaar en onderhoudbaar ook door derden.” Daarnaast zijn in samenspraak met adviseurs van de afdeling Industriële veiligheid binnen TCPM vanzelfsprekend standaard veiligheidsnormen als de ISO 13849, IEC 61511 en IEC 62061 toegepast om de veiligheid te waarborgen.
Het was de bedoeling om van begin af aan mee te lopen, om begrip te krijgen van de werking van het proces. En ook om onze besturings- en softwarekennis in te brengen in het procesontwerp
Jan Wolthuis - competentie center leider industriële automatiseringRisico-inventarisatie
Inmiddels richt TCPM zich op de volgende fase: detail engineering. “Hierbij stellen we alle documenten op voor het realiseren van de software, waarin gedetailleerd staat beschreven hoe de software moet werken en hoe deze moet worden ingedeeld. Op basis van dat document kan een softwareontwikkelaar straks redelijk snel de software bouwen”, aldus Wolthuis. “Verder maken we ook de testdocumenten voor het uitvoeren van de verificatie.” Hiervoor brengt TCPM zijn expertise en ervaring in op het vlak van industriële veiligheid. “Op basis van een risico-inventarisatie is vastgesteld welke veiligheidsfuncties in het systeem moeten komen, zodat het systeem altijd veilig werkt. Vervolgens bepalen we aan welke veiligheidsklassen componenten en instrumenten moeten voldoen. Hiervoor leveren we de benodigde veiligheidsdocumenten en geven we aan hoe de veiligheid te verifiëren en te valideren is.”
Verschillende typen eisen
Bij het opstellen van de veiligheidsdocumenten is er continu contact met Lloyd’s, de certificeringsinstantie voor de scheepvaart. “Zij controleren of ze met onze opzet uit de voeten kunnen. Waterstof is namelijk vrij nieuw voor de scheepvaart. Omdat het gaat om een procesinstallatie op een schip, heb je te maken met twee typen eisen: die aan procesinstallaties en die aan schepen. Dat is nog weleens een puzzel, vanwege de verschillende typen eisen en keuren. Dan blijken de benodigde veiligheidscomponenten bijvoorbeeld wel te voldoen aan de eisen voor een procesinstallatie, maar niet aan die voor de scheepvaart. Daar zijn ze simpelweg nooit voor ontworpen.”
Testomgeving
De Neo Orbis is in meerdere opzichten een complex project. “Op labschaal is aangetoond dat het het proces werkt, nu moet die voor het waterstofschip worden opgeschaald naar een industrieel werkende installatie.” Intussen is het schip zelf klaar en de installatie besteld. “Deze wordt straks eerst opgebouwd in een mock-up van het schip. Daar kan de procesinstallatie dan getest worden om te zien of het proces ook daadwerkelijk goed verloopt.” Naar verwachting zal Port of Amsterdam dan midden 2024 haar nieuwe vlaggenschip feestelijk in de vaart kunnen nemen.
