Vraag een willekeurig iemand naar het heien van palen en de meesten zullen zeggen: het is een weinig subtiel proces. Zwaar, ritmisch lawaai, bevende grond en zware trillingen. Het veroorzaakt niet alleen druk op de samenleving, maar heeft ook een negatieve impact op het milieu, vooral in kwetsbare ecosystemen. Met name als het heien offshore plaatsvindt. Vibrotwist vindt dat het tijd is om de zaken heel anders aan te pakken. Wat als het heien een vrijwel stil, soepel, trillingvrij proces zou zijn? Stas Verichev, medeoprichter en CEO van Vibrotwist, geeft uitleg. ‘Niet slaan, niet duwen, maar draaien.’
Verichev zet een lege doos koffiebekers op tafel en duwt erop om het proces uit te leggen: “door iets in de grond te duwen, gaat het in de dwarsrichting uitzetten vanwege het zogenaamde Poisson-effect. Dit resulteert in geluidsuitstraling, zowel in de lucht als onder water. Als de heipaal echter gedraaid wordt, is er per definitie geen uitstraling. Het hele proces van heien wordt dan vele malen stiller. Dat is precies wat we willen bereiken.”
Wat is het geheim? Bij traditionele heiwerkzaamheden worden heipalen in de grond geslagen, geduwd of getrild. Hoewel dit een beproefde en bewezen methode is, zitten er veel nadelen aan: de grond beweegt als er iets zwaars in wordt geslagen en naast het hiervoor vermelde effect van geluidsuitstraling, veroorzaakt het ook schokgolven in de grond die zich voortplanten. En voor een bodem onder water planten deze schokgolven zich ook in het water voort. Het straalt ook veel lawaai uit, wat hinderlijk is voor mensen in stedelijke omgevingen en voor het wild in natuurgebieden op het land en in het water.
Technologie met grote industriële potentie
Rond 2017 werkte professor Andrei Metrikine aan een innovatieve, nieuwe manier van heien die bekend staat als GDP (gentle driving of piles, ofwel voorzichtig heien van palen). Het gaat niet om duwen, maar om draaien. Het vermindert de wrijving tussen de paal en de grond, waardoor de heibaarheid verbetert. Het veroorzaakt geen uitstraling van schokgolven in de bodem en ten slotte wordt voorkomen dat de heipaal zelf de bron van geluidsuitstraling is, wat ook helpt om de geluidsniveaus laag te houden. Metrikine vergelijkt het met de wijze waarop de kurk van een champagnefles makkelijker eruit komt met een draaiende beweging dan door deze recht omhoog te trekken. GDP past hetzelfde concept toe en maakt ook gebruik van hoogfrequente trillingen die verdichting veroorzaken en de stabiliteit van de paal verbeteren.
Professor Metrikine was de supervisor van Verichev tijdens zijn PhD bij Civil Engineering en Geosciences. Na zijn verdediging werkte Verichev ongeveer 20 jaar in de offshore-industrie. Metrikine en Verichev bleven in contact en de professor nodigde hem uit voor een praktijkdemonstratie van zijn uitvinding die deel uitmaakte van het proefproject GDP Joint Industry Project, ondersteund door de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO). Het was echt een opzienbarende ervaring, legt Verichev uit. “We zijn op de Maasvlakte samengekomen voor de allereerste demonstratie op ware grootte. Je weet wat je kunt verwachten bij gewoon heiwerk: veel lawaai en bevende grond. Dat is precies wat iedereen heeft gezien toen de GDP-shaker alleen in de verticale vibratiemodus werd bediend. Toen werd omgeschakeld naar een verdraaiingsmodus die, in vergelijking, bijna stil was zonder dat er sprake was van enorme trillingen of lawaai. Het bij de demonstratie aanwezige publiek was echt geschokt door deze ervaring. Het was echt verbazingwekkend om te zien dat heipalen zo soepel de grond in kunnen worden geheid.”
Veranderende perspectieven en eisen
Metrikine en Verichev bleven in contact en kwamen tijdens de jaren van de pandemie in gesprek. GDP had een enorme potentie, maar er was iemand nodig om het echt een stap verder te brengen. Iemand met een combinatie van technologische vakkennis, commerciële vaardigheden en R&D. Verichev lacht: “Professor Metrikine zei het direct: dat ben jij!”
Er is nog veel ruimte voor verbetering en dus is er veel te winnen bij het heien van palen, legt Verichev uit. “De voorschriften en regelgeving voor heien worden steeds strenger, zowel onshore als offshore. Kustbescherming is ook een aandachtspunt. Sommige windparken liggen zeer dicht bij dijken en dammen. Zware trillingen en/of golven kunnen de vitale infrastructuur beschadigen. Dus alternatieven waarbij zowel het heien als het trekken van palen zonder schadelijke trillingen plaatsvindt, zouden enorm waardevol zijn.”
De milieubelasting bij grote bouwprojecten is steeds vaker een probleem en de regelgeving wordt steeds strenger. Momenteel werkt de branche met dure technologieën voor geluidsbeperking, aldus Verichev. “Een voorbeeld zijn bellenschermen. Maar hoe groter de heipalen, hoe meer het geluidsspectrum naar de lagere frequentiebanden verschuift. Bellenschermen zijn minder effectief bij langere golflengtes. En op een gegeven moment zijn de heipalen voor windturbines gewoon zo groot dat bellenschermen niet meer goed werken. Maar als je lawaai en trillingen vrijwel elimineert – wat Vibrotwist doet – bespaar je tijd en geld, omdat je minder vergunningen, apparatuur en schepen nodig hebt. Bovendien is het ook heel belangrijk om te vermelden dat vanwege de flexibiliteit van de besturingsparameters van de GDP-shaker, met onze methode palen tot de definitieve diepte worden geheid, wat bijvoorbeeld niet altijd het geval is bij traditionele trilblokken.”
Terugwinning van waardevolle materialen die in de grond zitten
De schaarste van materialen neemt toe. Op dit moment is het vrij moeilijk om palen uit de grond te krijgen. De praktische handelwijze is om wat grond in of rond een paal onder de zeebodem te verwijderen, het bovenste deel af te snijden en de rest in de grond te laten zitten. Maar aan deze aanpak kleven enorme nadelen, verklaart Verichev. “Je kunt dan niet op precies dezelfde plek een paal heien. Dat is jammer, want een nieuwe locatie moet goed onderzocht worden om te beslissen wat de optimale configuraties zijn voor een windpark en dat kost geld. En bijvoorbeeld de Noordzee is niet eindeloos. Op dit moment worden er overal ter wereld enorme windparken aangelegd, maar elk windpark bereikt op een gegeven moment het einde van zijn levensduur. Dan worden de windmolens gedemonteerd en de respectievelijke paalfunderingen worden ontmanteld.”
Tegelijkertijd blijven er enorme hoeveelheden staal achter in de grond die kunnen worden gerecycled. Met GDP zouden deze heipalen net zo goed volledig uit de grond kunnen worden gehaald, waardoor er ruimte is voor nieuwe windmolens en er veel meer staal kan worden gerecycled dan momenteel de standaard is. Op dit moment is het niet verplicht de palen te trekken, legt Verichev uit. “Maar als de staalprijzen stijgen en/of de ontmanteling verplicht wordt, verandert dat het plaatje. Een deel van de opbrengst van het staal dat wordt verwijderd, kan ook de kosten voor het trekken van de palen dekken.
Van zand tot klei en van onshore tot offshore
Vibrotwist is een spin-off van de TU Delft en een portefeuillebedrijf van Delft Enterprises. Voor onshore ligt de technologie momenteel op een Technology Readiness Level (een methode om de volwassenheid van de technologie te schatten) van 5-6, terwijl voor offshore er nog een proefdemo moet worden gedaan om hetzelfde en daarna een hogere TRL te bereiken. Verichev legt uit dat TU Delft momenteel in twee projecten samenwerkt met partners uit de branche. Het eerste betreft een nieuwe demonstratie op ware grootte, maar dan in een kleibodem. “De vorige demonstratie vond plaats in zand, wat relevant is voor offshore, omdat het grootste deel van bijvoorbeeld de Noordzee zand is. Maar op land komt voornamelijk klei voor, dus het is belangrijk om ook op deze grondsoort verder te testen.”
Het tweede project betreft een consortium van ondernemingen en heeft als doel een GDP-shaker te bouwen die palen met een diameter van 4-6 meter offshore kan aanbrengen. Verichev: “in dit consortium komen alle belangrijke spelers samen: machinebouwers, offshore-aannemers, onderaannemers en ontwikkelaars van windmolenparken. We werken momenteel aan het verkrijgen van de financiering en dit zou een eerste project zijn, waarbij Vibrotwist direct betrokken is. De volgende mijlpaal is om een echte offshore-demo uit te voeren. Als we daarmee succes hebben, brengen we een revolutie in deze markt teweeg.”
Van oudsher is het een conservatieve, risicomijdende bedrijfstak, reflecteert Verichev. “Ik ken deze wereld door en door – ik werk al bijna twintig jaar in deze branche. Maar als je deze technologie demonstreert, dan krijg je aandacht en gaan mensen erin geloven. Dat gebeurde bij mij ook. Ik kon mijn ogen (en oren) niet geloven tijdens de eerste praktijktest. Dat is waar we naar streven. Aantonen, in plaats van verhalen vertellen.”
Verichev prijst zichzelf gelukkig met alle steun van de TU Delft, Delft Enterprises en het ondernemende ecosysteem rondom de universiteit. “Het initiatief van de NWO en Faculty of Impact zijn ook een enorme hulp geweest in het ondersteunen van academici bij hun overstap naar een ondernemersrol. Ik geloof echt dat we hier iets revolutionairs hebben. Maar het kost tijd voordat Vibrotwist daadwerkelijk winst zal maken. Het verschil is letterlijk de steun van de universiteit, Delft Enterprises en NWO, zodat we dit kunnen doen.”
