De Belgen die raketten op waterstof laten vliegen

In het instituut staan meer dan vijftig testinstallaties en windtunnels, sommige zijn uniek in de wereld. ©Kristof Vadino

Het wereldvermaarde maar onbekende von Karman Instituut in Sint-Genesius-Rode breidt fors uit. Een bezoek aan het onderzoekscentrum dat raketten op waterstof laat vliegen, waar Airbus, Bekaert en de ESA kind aan huis zijn en waar bij een experiment alle ramen sneuvelden.

Tien kilometer ten zuiden van Brussel, aan de rand van het Zoniënwoud. Wie niet op het kleine blauwe bordje let aan de rand van een wild uitgegroeide haag rijdt er zo voorbij. Het typeert de luwte waarin het von Karman Instituut in Sint-Genesius-Rode doorgaans opereert. Het onderzoekscentrum voor stromingsdynamica is nochtans interna- tionaal gerenommeerd.

Het studiewerk dat hier gebeurt, is cruciaal om raketten de ruimte in te sturen, om vliegtuigen miljoenen te laten besparen op hun brandstoffactuur of om windmolens efficiënter te maken. De vorm van het Belgische poolstation Prinses Elisabeth werd hier berekend, wielrenners doken hier al eens een windtunnel in en tijdens de coronacrisis zette het instituut zijn expertise in om debietmeters te maken voor medische beademingsmachines. Maar dat is bij het brede publiek amper bekend. Doorgaans blijven de deuren hier netjes gesloten. Nu er forse uitbreiding komt, wordt er even een uitzondering gemaakt. De federale regering zette vrijdag namelijk het licht op groen om hier een campus met universitaire allure te ontwikkelen.

Er wordt onder auspiciën van bevoegd staatssecretaris voor Wetenschapsbeleid Thomas Dermine (PS) 25 miljoen euro vrijgemaakt voor een renovatie van de gebouwen en een uitbreiding met kantoren op het achterliggende terrein, de site van het vervallen ontspanningscentrum Marcel Malderez (waar de ambtenaren van de RTT vroeger gingen minigolfen en zwemmen).

Plasmajet van 10.000 kelvin

De plannen komen niets te vroeg: de gebouwen zijn hopeloos verouderd en het instituut barst uit zijn voegen. Wil het nog groeien, dan is extra plaats nodig. Von Karman bouwt voort op een lange Belgische expertise in de luchtvaart. In Sint-Genesius- Rode staat al sinds de jaren 20 van de vorige eeuw een expertisecentrum voor aero- dynamica. Hier werd de eerste windtunnel van het land gebouwd. En toen de NAVO in de jaren 50 onder aanvuren van de Hongaars-Amerikaanse ingenieur Theodore von Karman op zoek ging naar een plek om gemeenschappelijk onderzoek te doen naar stromingsdynamica - ten dienste van de bloeiende luchtvaartindustrie - kwam men uit in Sint-Genesius-Rode. In 1956 zag het nieuwe researchcentrum hier het licht.

Waarin wij hier uit- blinken, is in onze meettechnologie.
Peter Simkens
Business development manager

Het von Karman Instituut, genoemd naar zijn oprichter, groeide in de decennia daarna uit tot een referentie in lucht- en ruimtevaart. Er staan intussen meer dan vijftig testinstallaties en windtunnels, sommige zijn uniek in de wereld. Zo is er de Plasmatron, een machine die de vorming van hete gassen kan simuleren bij een terugkeer van een ruimtetuig in de atmosfeer. ‘Het is de krachtigste van dit type in de wereld’, vertelt operationeel directeur Vincent Van der Haegen.

In het toestel kan een plasmajet van 10.000 kelvin - ‘een temperatuur zo hoog dat je het geen temperatuur maar energie moet noemen’ - en een lengte van 1 meter gecreëerd worden. ‘Toen we dat voor de eerste keer deden, hadden we de kracht ervan zo onderschat dat alle ramen sneuvelden’, lacht Van der Haegen.

Windtunnel

Een beetje verder staat de longshot, een hypersone windtunnel. Daarin worden schaalmodellen van ruimtetuigen bloot- gesteld aan snelheden tot 15 keer de snelheid van het geluid (18.000 kilometer per uur). ‘Het creëren van die snelheid is vooral ingenieuze loodgieterij’, zegt business development manager Peter Simkens. ‘Maar waarin wij hier uitblinken, is in onze meettechnologie. Zo’n hoge snelheid haal je maar een heel korte tijd: we hebben 20 milliseconden om duizenden metingen te verrichten. Dat vraagt complexe wiskundige modellen en de krachtigste computers.’

Het Europese ruimtevaartagentschap ESA deed hier tests voor de Ariane-raketten en ruimtesondes. Sinds 2011 is von Karman trouwens een referentielabo voor het agentschap. ‘Voor de ESA doen we onderzoek naar het gebruik van waterstof als brandstof voor raketten’, zegt Simkens. ‘Al is dat op deze site niet zo evident. Vroeger lagen we hier perfect afgelegen, maar intussen zijn we omringd door residentiële wijken. Dan kan je niet zomaar op grote schaal tests doen met waterstof. Daar moeten we oplossingen voor vinden. Dat lukt wel. We werken desnoods met kleine hoeveelheden of met vloeibare stikstof.’ Hij haalt de schouders op. ‘Belangrijker is dat we op het achterliggende terrein nog kunnen uitbreiden. Dat is nodig.’

Wieken van windmolens

De voorbije jaren kwamen er steeds meer onderzoeksdomeinen - en dus ook installaties - bij. ‘Een van de nieuwe takken is milieu, en alles rond groene energie’, zegt Simkens. ‘We modelleren hoe je windmolens op zee het beste opstelt. Een turbine creëert zelf wervelingen en dat kan een impact hebben op andere windmolens in de buurt. We verfijnen daarvoor weermodellen - die normaal tot op een paar tientallen kilometers nauwkeurig zijn - tot een nauwkeurigheid van een paar tientallen meters. Daarnaast zijn we ook bezig met aero- akoestiek. Er wordt veel geklaagd over het lawaai dat de wieken van windmolens maken. Samen met de fabrikanten zoeken we daar oplossingen voor. Dat soort dingen. Eigenlijk zijn de toepassingen eindeloos.Stromingsdynamica speelt bijna overal een rol en het gaat altijd om installaties effi- ciënter of veiliger te maken.’

Het von Karman Instituut heeft extra plaats nodig om te groeien. ©Kristof Vadino

Bedrijven als Elia, Bekaert, Sonaca, ArcelorMittal, Total of het Amerikaanse General Motors en de vliegtuigbouwer Airbus zijn klant. ‘We doen studies naar coatings bij vliegtuigen, zodat er geen insecten tegen de vleugels blijven plakken. Als dat gebeurt, verstoort het de luchtstroom rond de vleugel en dat scheelt in brandstofverbruik. Wat dus kostenbesparend is.’

Tegelijkertijd wordt gezocht naar milieuvriendelijke technologieën. In de windtunnel voor lage snelheid, de grootste in België, wordt getest hoe de luchtstromen zich verplaatsen rond gebouwen en hoe zonnepanelen reageren op extreme wind. De installatie kwam van pas om de invloed van wind op voetgangers en de verspreiding van fijnstof in de Europese wijk van Brussel in te schatten.

Moonshot

Een van de nieuwe projecten komt er in het kader van het Vlaamse Moonshot- innovatieprogramma om de CO₂-uitstoot van de Antwerpse chemiesector te verminderen. ‘We bouwen straks een prototype om nafta op een duurzamere manier te kraken’, zegt Simkens. Uit nafta of aardoliedestillaat worden zo basisgrondstoffen verkregen om plastic, meststoffen of voedingsmiddelen mee te maken.

‘Om die zware moleculen te kraken moeten ze opgewarmd worden tot 1.000 graden’, zegt Simkens. ‘Dat gebeurt nu door brandstof te verbranden, wat veel CO₂-uitstoot veroorzaakt. Samen met de universiteit van Gent willen we een systeem opzetten om dat met turbines te doen, waarbij we de mechanische energie omzetten in warmte-energie.’

‘Maar voor dat soort projecten is dus plaats nodig. Ideeën genoeg’, zegt Simkens. De uitbreiding moet tegen 2026 klaar zijn.

Nanosatelliet Qarman

Eind 2019 schoot het VKI de zelf ontwikkelde Qarman-nanosatelliet de ruimte in vanaf het Amerikaanse Cape Canaveral. Begin 2022 moet het toestel als eerste in zijn soort heelhuids de terugkeer door de dampkring overleven. Dat moet informatie opleveren in de strijd tegen ruimtepuin, een groeiend probleem nu het steeds drukker wordt in de ruimte. Qarman werd gefinancierd door de ESA.
Het von Karman Instituut is een onderzoeks- en opleidingsinstituut, gespecialiseerd in stromingsdynamica. Er zijn toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, de industrie, het milieu en de veiligheid, de bouw en energie.
Er werken zo’n 115 mensen en er studeren zo’n 70 onderzoekers.
Het VKI heeft een budget van 13 miljoen euro, deels uit inkomsten uit commerciële contracten, deels via een bijdrage van 15 NAVO-landen en deels via de Belgische overheid.
Tussen 2014 en 2018 beleefde het centrum donkere financiële tijden na het faillissement van een belangrijke klant. Het kon alleen overleven dankzij noodsteun van de regering.

Lees verder

Advertentie
Advertentie
Advertentie

Gesponsorde inhoud

Gesponsorde inhoud