Volledig elektrische motorboot test het water op gerecyclede koolstofvezel

RS Sailing (Romsey, U.K.) staat bekend om het produceren van zeilboten van wereldklasse en beweert zoveel mogelijk recyclebare materialen te gebruiken bij de productie ervan. Drie jaar geleden richtte het bedrijf het zustermerk RS Electric Boats op, dat gespecialiseerd is in het ontwerp en de fabricage van batterij-elektrische, stijve opblaasbare boten (RIB) - lichtgewicht motorboten met een stijve romp en opgeblazen hogedrukluchtbuizen aan de zijkanten van de boot. voor extra drijfvermogen. RIB's worden recreatief gebruikt en worden vaak gebruikt door eerstehulpverleners, militaire operators of coachingpersoneel voor bootraces.

Alex Newton-Southon, CEO – design &technologies bij RS Sailing, legt uit dat naarmate autofabrikanten meer geëlektrificeerd willen worden en nadenken over duurzame productie en materialen, RS Electric Boats hetzelfde wil doen op de maritieme markt. “Het is voor ons duidelijk dat elektrische boten de markt zijn. In werkelijkheid is een conventionele buitenboordmotor ongeveer 50 keer meer vervuilend dan de auto's van vandaag. We willen ons steentje bijdragen om de planeet te beschermen”, zegt hij.

De markt duwen in de richting van duurzamere voortstuwing, materialen en productiekeuzes is de afgelopen drie jaar een doel geweest, aangezien RS Electric Boats heeft gewerkt aan de ontwikkeling en commercialisering van zijn eerste batterij-elektrische RIB. In 2019 debuteerde RS Electric Boats met de Pulse 58 concept RIB op de Düsseldorf International Boat Show in Duitsland. Deze demonstratieboot bevatte verschillende componenten van vlasvezels/bio-epoxy, waaronder de romp, het dek en de consoles.

Sindsdien zijn materiaalbeslissingen en het algehele ontwerp minstens drie keer herhaald - "plus een aanzienlijke hoeveelheid aanpassingen aan de hele boot", geeft Newton-Southon toe - wat uiteindelijk resulteerde in de Pulse 63 , zal begin 2022 op de markt komen.

De eerste iteratie van vlasvezelcomposiet:Pulse 58

De meeste RIB's worden aangedreven door standaard brandstofaangedreven motoren, met enkele uitzonderingen voor kleine (een- tot tweepersoons) batterijaangedreven ontwerpen. RS Electric Boats claimt de Pulse 63 , ontworpen om maximaal acht personen te vervoeren, is de eerste in de branche die volledig elektrische voortstuwing gebruikt voor een boot van zijn formaat.

De romp en de algehele vorm van de boot moesten specifiek worden ontworpen om elektrische voortstuwing mogelijk te maken. “Een ding dat heel duidelijk is wanneer je begint met het ontwerpen van een batterij-elektrische RIB, is dat je niet zomaar een elektrisch aandrijfsysteem kunt toevoegen aan een normale boot. Je moet helemaal opnieuw beginnen, omdat het ontwerp de boot superefficiënt moet laten zijn, en een deel daarvan heeft te maken met het gewicht. Het is erg belangrijk dat de boot zo sterk en stijf mogelijk is gebouwd, alleen maar om hem zo licht mogelijk te maken”, legt Newton-Southon uit.

De batterijconsole is "de hoofdstructuur voor het geheel", voegt hij eraan toe. De scheepsromp is een solide monolithische structuur, met een verbonden dek dat ook de batterijen huisvest. Er zijn geen dwarsschotten of frames nodig.

De 5,8-meter Pulse 58 De RIB die RS Electric Boats in 2019 lanceerde, bevatte een romp, dek, console, accubak en stoellijsten vervaardigd via infusie door de lokale fabrikant Norco (Poole, VK) van biogebaseerde epoxy, natuurlijke vlasvezels en gerecyclede PET-kern waar nodig.

In 2019 en 2020 streefde RS Electric Boats ernaar de productie voor de Pulse 58 . op te voeren en begin met verkopen aan klanten. Tegenslagen veroorzaakt door de COVID-19-pandemie, evenals problemen met de inkoop van de biogebaseerde materialen, leidden echter tot een korte vertraging en enkele ontwerpverschuivingen.

Ontwerp iteraties en gerecyclede koolstofvezel:Pulse 63

In mei 2021 besloot RS Electric Boats om het merk te vernieuwen, in lijn met ontwerpwijzigingen en materiaalbeslissingen die werden genomen ter voorbereiding op het opvoeren van de productie. De composietcomponenten voor de hernoemde 6,3-meter Pulse 63 worden vervaardigd door MTAG Composites Ltd. (Coningsby, U.K.), een fabrikant die jarenlang met RS Sailing heeft samengewerkt aan de ontwikkeling van gereedschappen en de fabricage van boten. Zoals op de markt gebracht, is de Pulse 63 RIB kan een topsnelheid van 23 knopen halen en heeft een maximaal bereik van 100 zeemijl. Het kan ook worden aangepast met een verscheidenheid aan optionele functies, zoals trekhaken, eenpuntsliften, luifels en verschillende zitconfiguraties.

De composietcomponenten van de boot omvatten de romp, het dek, binnenvloer, consoles, motorkast en luiken. Het vinden van de vlasvezel en biogebaseerde epoxy die in het oorspronkelijke ontwerp werden gebruikt, bleek echter moeilijker dan verwacht op de niveaus die nodig zijn voor de serieproductie van de boten.

"Materiaalbeslissingen zullen de komende jaren zeker veranderen, aangezien natuurlijke vezels en biogebaseerde harsen beter haalbaar worden", zegt Newton-Southon. Momenteel combineert de monolithische romp van de boot glas- en koolstofvezelstoffen doordrenkt met vinylester. Om het gewicht te verminderen, is de romp niet geboord, maar versterkt met lagen koolstofvezel. Alle andere composietcomponenten van de boot - binnendek, vloer, consoles, motorkast en luiken - zijn gemaakt van gerecyclede koolstofvezel en vinylester, met een gerecyclede PET-kern (geleverd door 3A Composites Core Materials, Sins, Zwitserland) indien nodig. "De romp is op dit moment niet gemaakt van gerecyclede materialen, alleen om ons wat meer tijd te geven voor ontwikkeling en testen", merkt hij op.

Met de hars koos RS Electric Boats om verschillende redenen voor een meer traditionele vinylester in plaats van biogebaseerde epoxy. Een daarvan was beschikbaarheid. Volgens Newton-Southon is de drang naar het produceren van echt duurzame harsen - in commerciële hoeveelheden - langzamer gegaan dan hij zou willen. "Het zijn niet alleen de prijzen", zegt hij, "het gaat erom dat je voor de lange termijn in producten kunt geloven. Wat gebeurt er over 10 jaar met deze producten? Houdt het materiaal stand? Ze zijn zo nieuw dat we het nog niet echt weten. Er is vraag naar en we zijn bereid wat meer uit te geven voor duurzamere materialen, maar we moeten kunnen vertrouwen op de levensduur van het product."

De biobased epoxy bleek ook moeilijk te gebruiken met harsinfusie. "Als je een soort epoxy gebruikt in een infusieproces, kun je geen herbruikbare siliconen vacuümzakken gebruiken", legt Newton-Southon uit. De epoxy reageert met de siliconen en siliconenzakken die zijn ontworpen om 100-150 cycli mee te gaan, gaan misschien maar vijf mee. "Je eindigt met een enorme hoeveelheid stortafval van het productieproces", zegt hij. Vinylester werd gekozen als de beste optie voor gebruik met siliconenzakken.

Hij voegt eraan toe:"Als je een levenscyclusanalyse van de materialen maakt, zijn we van mening dat het verminderen van het infusieafval naar de stortplaats een veel grotere stap in de goede richting is dan proberen een iets duurzamere hars te gebruiken. Het proces is zo duurzaam mogelijk met zo min mogelijk afval.”

Tim King, technisch verkoop- en marketingmanager en projectmanager bij MTAG Composites, merkt op:"Bio-gebaseerde vinylesters komen eraan, maar ze zijn gewoon nog niet commercieel levensvatbaar voor producten van deze omvang. Ze worden alleen in relatief kleine hoeveelheden gemaakt.”

Voor de vezel wordt de gerecyclede koolstofvezel voor de boten hergebruikt schroot van het werk van MTAG Composites aan vliegtuigstoelen van koolstofvezel. "Het is directe terugkeer naar gebruik, verwerkt door derde fabrikant Gen 2 Carbon [voorheen ELG Carbon Fibre, Coseley, U.K.]", zegt King.

In plaats van de vezels te hakken of te verwerken tot een prepreg, wordt door MTAG direct een droog gerecycled koolstofvezel nonwoven geïnfuseerd. “Dit is bijzonder moeilijk om te doen, gezien de dichtheid van de gerecyclede vezels. Het houdt er niet van om hars op te vullen, maar we hebben een proces bedacht om het met succes te doen, "zegt King.

Het proces werd voor het eerst gedemonstreerd in 2019 op het voordek van RS Neo, waar MTAG Composites en RS Sailing traditionele glasvezelversterking vervingen door gerecyclede koolstofvezel. "Dit zit er al een aantal jaren aan te komen, maar ik weet dat wij bij MTAG en Gen 2 blij zijn om dit product en proces vooruit te zien gaan", zegt King.

Wat betreft het esthetische uiterlijk van de gerecyclede vezel, voegt hij eraan toe:“Je kunt het natuurlijk bedekken met een gelcoat, maar voor mij persoonlijk vind ik de visuals van het gerecyclede product erg mooi. Het is mooi om te zien dat dat herkenbare bronmateriaal wordt hergebruikt.”

Uiteindelijk "is ongeveer 60% van de composietcomponenten van de boot gemaakt van gerecyclede materialen, ofwel PET-kern of koolstofvezelschroot", zegt King. Alle composietonderdelen worden onder vacuüm gegoten, met uitzondering van een paar kleine onderdelen die met de hand worden gelegd met droge materialen.

Zeilen in 2022. Ongeveer 60% van de componenten op de Pulse 63 zijn gemaakt van gerecyclede materialen, volgens fabrikant MTAG. Fotocredit:RS Zeilen

De tooling voor de Pulse 58 diende als basis voor de nieuwe Pulse 63 gereedschappen, die MTAG Composites heeft gewijzigd volgens de specificaties van RS Electric. Alle tools - 22 in totaal, bestaande uit vier solide infuustools, zes tools voor handlay-up en 12 tools in siliconenzakken - zijn samengesteld en in-house gemaakt door Norco of MTAG. Om rekening te houden met ontwerpwijzigingen op de romp, moesten sommige gereedschappen opnieuw worden bewerkt en voor sommige werden speciale inzetstukken gemaakt om weer vorm aan de mal te geven.

"We hebben een zeer actieve matrijzenmakerij in huis en een aantal zeer bekwame jongens die de originele prototypetooling konden gebruiken en in sommige gevallen behoorlijk drastische wijzigingen konden aanbrengen", legt King uit. Het team begon in februari 2021 met de tools en de laatste tools werden in augustus opgeleverd.

De eerste vier Pulse 63 boten zijn gepland voor productie tegen het einde van het jaar, klaar om te worden tentoongesteld op de Düsseldorf International Boat Show in januari 2022. In de toekomst voegt Newton-Southon eraan toe dat composietmaterialen die worden gebruikt voor de Pulse 63 en toekomstige modellen van RS Electric Boats zullen waarschijnlijk veranderen naarmate nieuwe materialen beschikbaar komen en met de marktvraag. "We doen het stap voor stap, maar ik denk dat een van de dingen waar we behoorlijk goed in zijn geworden, is om de toeleveringsketen te helpen begrijpen wat voor soort producten de markt nodig heeft."