RS Sailing lanceert duurzame vollelektrische RIB met gerecyclde koolstofvezel

RS Sailing (Romsey, VK) is bekend om de productie van wereldklasse zeilboten en claimt zoveel mogelijk herbruikbare materialen in hun productie te gebruiken. Drie jaar geleden richtte het bedrijf zustermerk RS Electric Boats op, gespecialiseerd in het ontwerp en de fabricage van batterij-elektrische, starre opblaasbare boten (RIB) — lichte motorboten met een stijve romp en opgeblazen, hoogdruk luchtbuizen aan de zijkanten van de boot voor extra opwaartse kracht. RIB's worden recreatief gebruikt en worden vaak ingezet door eerste hulpverleners, militaire operators of coachingstaf voor bootracen.

Alex Newton-Southon, CEO — ontwerp & technologieën bij RS Sailing, legt uit dat zoals automerkers kijken naar meer electrificatie en nadenken over duurzame productie en materialen, RS Electric Boats hetzelfde wil doen in de mariene markt. "Het is voor ons duidelijk dat elektrische boten de weg zijn die de markt zal afgaan. In de realiteit is een conventionele buitenboordmotor ongeveer 50 keer meer vervuilend dan de auto's van vandaag. We willen ons deel doen om de planeet te beschermen," zegt hij.

De markt duwen naar meer duurzame aandrijving, materialen en productiekeuzes is een doel geweest de afgelopen drie jaar, toen RS Electric Boats aan de slag ging met de ontwikkeling en commercialisering van zijn eerste batterij-elektrische RIB. In 2019 presenteerde RS Electric Boats de Pulse 58 concept RIB op de Düsseldorf International Boat Show in Duitsland. Deze demonstratorboot had diverse vlasvezel/bio-epoxy componenten, waaronder de romp, het dek en de consoles.

Sindsdien zijn materiaalkeuzes en het algehele ontwerp ten minste drie keer geïtereerd — "plus een significant bedrag aan aanpassingen over de hele boot," geeft Newton-Southon toe — wat uiteindelijk resulteerde in de Pulse 63, die begin 2022 op de markt komt.

De eerste, vlasvezel composiet iteratie: Pulse 58

De meeste RIB's worden aangedreven door standaard brandstofgemotoren, met enkele uitzonderingen voor kleine (één- tot twee-persoons) batterij-aangedreven ontwerpen. RS Electric Boats claimt dat de Pulse 63, ontworpen om tot acht personen te vervoeren, de eerste in de industrie is die vollelektrische aandrijving gebruikt voor een boot van deze grootte.

De romp en algehele vorm van de boot moesten specifiek ontworpen worden om elektrische aandrijving te accommoderen. "Eén ding dat heel duidelijk is wanneer je begint met het ontwerpen van een batterij-elektrische RIB is dat je niet zomaar een elektrisch aandrifsysteem op een normale boot kunt zetten. Je moet vanaf nul beginnen, omdat het ontwerp de boot super efficiënt moet maken, en een deel daarvan is gewicht. Het is erg belangrijk dat de boot zo sterk en stijf mogelijk geconstrueerd is, gewoon om het zo licht mogelijk te maken," legt Newton-Southon uit.

De batterijconsole is "de hoofdstructuur voor het hele ding," voegt hij toe. De bootromp is een solide monolithische structuur, met een verbonden dek dat ook de batterijen huisvest. Geen dwars schotten of frames zijn nodig.

De 5,8-meter Pulse 58 RIB die RS Electric Boats in 2019 lanceerde, had een romp, dek, console, batterijdoos en zitvormen geproduceerd via infusie door lokale fabricant Norco (Poole, VK) uit bio-based epoxy, natuurlijk gebrone vlasvezel en gerecyclde PET-kern waar nodig.

In 2019 en 2020 streefde RS Electric Boats naar het opwekken van productie voor de Pulse 58 en te beginnen met verkopen aan klanten. Echter, tegenslagen door de COVID-19 pandemie, evenals leveringsproblemen voor de bio-based materialen, leidden tot een korte vertraging en enkele ontwerpwijzigingen.

Ontwerpiteraties en gerecyclde koolstofvezel: Pulse 63

In mei 2021 besloot RS Electric Boats het merk te vernieuwen, in lijn met ontwerpwijzigingen en materiaalbeslissingen gemaakt ter voorbereiding op het opwekken van productie. De composietcomponenten voor de hernoemde 6,3-meter Pulse 63 worden geproduceerd door MTAG Composites Ltd. (Coningsby, VK), een fabricant die al jaren met RS Sailing samenwerkt aan toolingontwikkeling en bootproductie. Zoals vermarkt, kan de Pulse 63 RIB een topsnelheid van 23 knopen halen en heeft een maximaal bereik van 100 zeemijlen. Het kan ook gecustomiseerd worden met diverse optionele features zoals sleepmasten, eenzijdige tillen, tenten en diverse zitconfiguraties.

De composietcomponenten van de boot omvatten de romp, het dek, de interieurvloer, consoles, motorbox en luiken. Echter, het bemachtigen van de vlasvezel en bio-based epoxy die in het oorspronkelijke ontwerp gebruikt werden, bleek moeilijker dan verwacht op de niveaus nodig voor serieproductie van de boten.

"Materiaalbeslissingen zullen de komende jaren zeker veranderen, naarmate natuurlijke vezels en bio-based harsen beter verkrijgbaar worden," zegt Newton-Southon. Momenteel combineert de monolithische romp van de boot glas- en koolstofvezelstoffen geïmpregneerd met vinylester. Om het gewicht te reduceren, is de romp niet gekernd, maar versterkt met lagen koolstofvezel. Alle andere composietcomponenten van de boot — interieurdek, vloer, consoles, motorbox en luiken — zijn gebouwd uit gerecyclde koolstofvezel en vinylester, met gerecyclde PET-kern (geleverd door 3A Composites Core Materials, Sins, Zwitserland) waar nodig. "De romp is op dit moment niet gemaakt van gerecyclde materialen, gewoon om ons meer tijd te geven voor ontwikkeling en testen op dat vlak," merkt hij op.

Wat de hars betreft, koos RS Electric Boats voor een meer traditionele vinylester boven bio-based epoxy om verschillende redenen. Een was beschikbaarheid. Volgens Newton-Southon is de drive voor het produceren van werkelijk duurzame harsen — in commerciële hoeveelheden — langzamer dan hij zou willen. "Het gaat niet alleen om de prijzen," zegt hij, "het gaat erom in producten voor de lange termijn te kunnen geloven. Wat zal er met deze producten over 10 jaar gebeuren? Zal het materiaal meegaan? Ze zijn zo nieuw dat we eigenlijk nog niet weten. Er is een vraag, en we zijn bereid om iets meer te betalen voor duurzamere materialen, maar we moeten kunnen vertrouwen op de levensduur van het product."

De bio-based epoxy bleek ook moeilijk te gebruiken met harsinfusie. "Wanneer je een of andere epoxy in een infusieproces gebruikt, kun je geen herbruikbare silicone vacuümzakken gebruiken," legt Newton-Southon uit. De epoxy reageert met de silicone, en silicone zakken die ontworpen zijn om 100-150 cycli te duren, duren misschien maar vijf. "Je eindigt met een enorme hoeveelheid stortafval uit het productieproces," zegt hij. Vinylester werd gekozen als de beste optie voor gebruik met silicone zakken.

Hij voegt toe: "Voor nu, als je een levenscyclusanalyse doet op de materialen, voelen we dat het reduceren van infusieafval naar stortplaats een veel grotere stap in de goede richting is dan het proberen een iets duurzamere hars te gebruiken. Het proces is zo duurzaam mogelijk met zo min mogelijk afval."

Tim King, technisch sales en marketing manager en projectmanager bij MTAG Composites, merkt op: "Bio-based vinylesters komen aan, maar ze zijn nog niet commercieel haalbaar voor producten van deze grootte. Ze worden alleen in relatief kleine hoeveelheden geproduceerd."

Wat het vezel betreft, is de gerecyclde koolstofvezel voor de boten hergebruikt restmateriaal uit MTAG Composites' werk aan koolstofvezel vliegtuigzitjes. "Het is direct terug naar gebruik, verwerkt via derde partij fabrikant Gen 2 Carbon [voorheen ELG Carbon Fibre, Coseley, VK]," zegt King.

In plaats van de vezels te hakken of te verwerken tot een prepreg, infuseert MTAG een droge gerecyclde koolstofvezel nonwoven direct. "Dit is met name moeilijk, gegeven de dichtheid van de gerecyclde vezels. Het vult niet graag met hars, maar we vonden een proces om het succesvol te doen," zegt King.

Het proces werd voor het eerst gedemonstreerd in 2019 op het RS Neo voordek, waar MTAG Composites en RS Sailing traditionele glasvezelversterking vervangen door gerecyclde koolstofvezel. "Dit is al een aantal jaar aan de gang, maar ik weet dat wij bij MTAG, en Gen 2, blij zijn om dit product en proces vooruitgaan te zien," zegt King.

Over de esthetische uitstraling van het gerecyclde vezel, voegt hij toe: "Je kunt het bedekken met een gelcoat natuurlijk, maar voor mij persoonlijk vind ik de visuals van het gerecyclde product best leuk. Het is leuk om te zien dat herkenbaar bronmateriaal hergebruikt wordt."

Uiteindelijk, "ongeveer 60% van de composietcomponenten van de boot zijn gemaakt van gerecyclde materialen, ofwel PET-kern of koolstofvezelresten," zegt King. Alle composietonderdelen worden onder vacuüm geïmpregneerd, behalve een paar kleine aanpassingen die met de hand gelegd worden met droge materialen.

Te water laten in 2022. Ongeveer 60% van de componenten op de Pulse 63 zijn gemaakt van gerecyclde materialen, volgens fabricant MTAG. Foto: RS Sailing

De tooling voor de Pulse 58 diende als basis voor de nieuwe Pulse 63 tools, die MTAG Composites aanpaste per RS Electric's specificaties. Alle tools — 22 in totaal, bestaande uit vier solide infusietools, zes tools voor handleggen en 12 silicone bagged tools — zijn composiet, en in-house gemaakt door Norco of MTAG. Om rekening te houden met ontwerpwijzigingen op de romp, moesten sommige tools opnieuw gefreesd worden, en voor sommige werden speciale inserts gemaakt om vorm terug te geven aan de mal.

"We hebben een heel actieve malwinkel in-house, en heel bekwaam personeel dat in staat was om de originele prototypetooling te nemen en in sommige gevallen nogal drastische veranderingen aan toe te passen," legt King uit. Het team begon in februari 2021 met de tools, en de finale tools werden in augustus geleverd.

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