Hayo Hendrikse is gefascineerd door ijs: Kan zee-ijs windturbines heen en weer doen dansen? Blijft ijs in de zomer langer liggen als we het in de winter dikker maken? Maar ook vraagt hij zich af: is het altijd verstandig om het antwoord op een vraag te vinden?
Als er een nieuwe constructie op zee is gebouwd en het gaat vriezen, gebeuren onverwachte dingen, ziet ijsonderzoeker Hayo Hendrikse, associate professor bij de afdeling hydraulic engineering. Zo viel een vuurtoren om en gingen boorplatformen hevig trillen. Nu worden zeeën en meren volgebouwd met windturbines. De focus van zijn ijs-onderzoek heeft Hendrikse dan ook verlegd naar windturbines. Wat gebeurt daarmee als de zee bevriest? Hendrikse: “Windturbines zijn lang en flexibel. We willen voorkomen dat ze heen en weer gaan dansen bij de eerstvolgende strenge winter.” Hendrikse onderzoekt de krachten die zee-ijs uitoefent op constructies. Daarnaast werkt hij maar al te graag mee aan andere ijsvragen die op zijn pad komen.
“Als iemand zegt: we weten nog niet hoe dit werkt, dan heb je mijn interesse”, zegt hij lachend. En vragen krijgt hij genoeg, want veel ijsonderzoekers zijn er niet. Tegelijkertijd denkt hij na over zijn rol als onderzoeker: in welke vragen kan hij het beste zijn tijd stoppen?
Dan moet één van de twee wijken: het ijs of de constructie
Trillende platformen
Hoe het kon dat platformen op zee gingen trillen, is hét type onderzoeksvraag waar Hendrikse enthousiast van wordt: “Puzzels met een praktische toepassing, daar hou ik van.” Eerst werd gedacht dat een aardbeving de oorzaak was, tot het twee keer per dag opnieuw gebeurde. “De medewerkers op het platform konden hun computerschermen niet meer lezen!", vertelt hij.
Inmiddels weet Hendrikse hoe het zit. Het getij duwde het ijs tegen de palen van het platform. Eerst beweegt de constructie mee, maar er zit een grens aan de flexibiliteit van het materiaal. “Dan moet één van de twee wijken: het ijs of de constructie", legt hij uit. Het ijs breekt en de constructie veert abrupt terug, wat de hevige trilling veroorzaakt. Zolang de stroming sterk genoeg aanhoudt, blijft het ijs duwen en breken met trillingen tot gevolg.
Swingende windturbines
De constructie van een windturbine is heel anders dan van een platform: lang en flexibel. Daardoor heeft het breken van ijs tegen een turbine een andere uitwerking. Ook is vaak de wens om zo optimaal mogelijk gebruik te maken van materialen en zo economisch mogelijk te bouwen. Het resultaat: hele slanke constructies. “Daardoor zijn de turbines flexibeler en kunnen ze heen en weer gaan dansen”, zegt Hendrikse.
Of de windmolens echt heen en weer zullen gaan swingen, hangt naast de flexibiliteit af van het materiaal en de omstandigheden. De grootte van de ijsplaat, de wind en het getij bepalen met hoeveel kracht het ijs tegen de constructie aanduwt. Hoe langzamer de plaat beweegt, hoe groter de spanning is die tegen de constructie wordt opgebouwd. Hendrikse: “Om zeker te zijn dat het goed gaat, moet je bij het ontwerpen van de constructie uitgaan van het worst case scenario.” Hendrikse maakt modellen die helpen berekenen hoe sterk de constructie minimaal moet zijn.
Hij krijgt vaak de vraag hoe realistisch het worst case scenario is: komen er nog wel strenge winters? Hendrikse: “Een constructie bouw je voor, bijvoorbeeld, 30 tot 100 jaar. Als je zo ver vooruit kijkt, verwacht je nog wel een aantal strenge winters." Ook worden windparken nog volop gebouwd. “Als turbines tijdens een strenge winter in grote getalen kapot zouden gaan, hebben we lokaal een enorm energieprobleem”, voorziet hij.
Kritische kijk
Wat anderen van een onderwerp of idee vinden is voor Hendrikse nooit direct een reden om af te haken. “Tegen de gevestigde orde in zwemmen is een rode lijn in mijn werk”, grapt hij. Wel zet het hem aan tot kritisch nadenken over zijn rol als onderzoeker. “Mijn resultaten kunnen ook gebruikt worden voor controversiële toepassingen”, zegt hij. “Maar de vraag is of je dan niet mee moet werken, terwijl je wel nieuwe kennis toe kan voegen.”
Als voorbeeld haalt hij het onderzoek aan waarvoor hij recent naar Spitsbergen reisde. Het zeeijs op de noordpool worden steeds minder, vooral in de zomermaanden. Een groep enthousiastelingen vroeg zich af: Blijft ijs langer liggen in de zomer, als je het ijs in de winter dikker maakt door er water op te spuiten? Hendrikse snapt de bezwaren die leven over het aanpassen van de natuur aan de mens in plaats van andersom. Maar hij zag ook een nieuw fundamenteel vraagstuk: “Er was nog weinig kennis over hoe zout ijs bovenop bestaand ijs smelt.” Hij zag zijn rol als onderzoeker in het beter begrijpen van het smeltproces.
Zee-ijs een handje helpen
Een maand lang begon Hendrikse zijn dagen met een tocht naar werk op een sneeuwscooter. Met niets anders dan het witte landschap om hem heen. “Ik hou van de rust en de stilte. Én van het avontuurlijke”, vertelt hij met glunderende ogen. Het is in Spitsbergen in die tijd rond de -20 graden celcius en het waait hard, dat vraagt om goede voorbereidingen. Zonder een dik pak overleef je het niet. “Je moet alles bedekken, anders heb je zo een bevroren huid.” Ook kun je zomaar een ijsbeer tegenkomen.
Eenmaal op de onderzoekslocatie aangekomen, bestond zijn dag uit ijssamples nemen en ‘zakjesmaaltijden’ eten: “Je gooit je thermoskan erin leeg, drie keer roeren en dan heb je chili con carne”, lacht Hendrikse. Urenlang stonden de onderzoekers het ijs nat te maken met een grote pomp. Dagelijks maten ze op verschillende plekken de dikte van het ijs met een ijsboor.
De resultaten verrasten Hendrikse: “Het maakte niet uit dat we het ijs op plekken veel dikker hadden gemaakt, het was aan het begin van de zomer zo gesmolten.” De samenwerkingspartners gaan nog een vervolgonderzoek starten met meer veldwerk, maar voor Hendrikse is zijn vraag ‘werkt het echt zo eenvoudig’ beantwoord en ligt de focus nu eerst op het begrijpen wat er precies gebeurde met het ijs tijdens de test op Spitsbergen.
Bevroren zwembad
Om de dynamische interactie tussen allerlei verschillende soorten en maten windmolens en ijs te modelleren, heeft Hendrikse data nodig. Bij gebrek aan windturbines op zee die al in aanraking zijn gekomen met ijs, onderzocht hij de interactie tussen de twee in een ijstank, een soort bevroren zwembad. Het onderzoek voerde hij niet met een traditioneel schaalmodel uit, want elk type windmolen op schaal namaken is kostbaar en tijdsintensief. “Dat moet anders kunnen”, dacht Hendrikse. En dat lukte. Zijn team ontwikkelde een soort robot die op een metalen paal de eigenschappen van verschillende constructies kan nabootsen: “Nu stelt de paal een windturbine voor, maar met een klik op de knop is het een vuurtoren”, zegt hij met een brede grijns.
Hayo Hendrikse neemt een sample in het bevroren IJsselmeer. Op de achtergrond de funderingen van de windmolens die desijds nog in aanbouw waren.
Wachten op een strenge winter
Praktijkdata verzamelen om modellen bij te sturen blijft een grote uitdaging voor ijsonderzoekers. Hendrikse: “We hadden drie jaar lang meetapparatuur in de Oostzee hangen, maar een strenge winter bleef uit.” Hij heeft in de ijstank veel kennis opgedaan over de interactie tussen zee-ijs en één windturbine. Wat lastig blijft is voorspellen wat het ijs precies doet wanneer veel turbines relatief dicht bij elkaar staan. “Vormen alle palen één front tegen het ijs of wordt het risico dat er één om gaat juist hoger?”, vraagt Hendrikse zich af. Daarom blijft het wachten op die ene strenge winter. Hendrikse: “Als er een elfstedentocht komt, sta ik op het IJsselmeer de andere kant op te kijken naar de windturbines.”
In dit grote bevroren bassin bij Aalto onderzoekt Hendrikse de interactie tussen ijs en windmolens.
Gepubliceerd: januari 2025
Hayo Hendrikse
Hayo Hendrikse is Universitair Hoofddocent bij de afdeling Waterbouwkunde
