Wat zijn contraroterende schroeven en verbeteren ze de efficiëntie?
Auteur: Jeroen Berger • Publicatiedatum:
Contraroterende scheepsschroeven zijn een voortstuwingsconfiguratie met twee schroeven achter elkaar op één aslijn die in tegengestelde richting draaien. Internationaal wordt dit doorgaans aangeduid als contra-rotating propellers (CRP), waarbij de achterste schroef is ontworpen om een deel van de rotatie in de uitstroom van de voorste schroef terug te winnen. De voorste schroef geeft de uitstroom een draaiing mee, terwijl de achterste schroef deze werveling deels benut door in omgekeerde richting te draaien. Daarmee kan een deel van de energie die bij een enkelvoudige scheepsschroef als rotatie in de uitstroom aanwezig blijft, alsnog worden omgezet in nuttige stuwkracht.
Wanneer zulke systemen worden overwogen, ontstaat voor reders en scheepseigenaren een duidelijke afweging. Onder bepaalde condities kan het principe bijdragen aan een hogere voortstuwingsefficiëntie en een gunstiger verdeling van het gevraagde asvermogen. Tegelijk brengt de configuratie extra complexiteit mee in aandrijving, inbouw, onderhoud en de koppeling met het energiesysteem aan boord. De kernvraag is daarom niet alleen óf contraroterende schroeven de efficiëntie kunnen verbeteren, maar vooral onder welke omstandigheden die winst technisch verdedigbaar en operationeel zinvol is.
In dit artikel wordt uiteengezet hoe contraroterende schroeven werken en welke hydrodynamische principes de mogelijke efficiëntiewinst verklaren. Daarbij behandelen we effecten op voortstuwingsefficiëntie, draaimoment en koersstabiliteit, en de technische grenzen die de toepassing in de praktijk bepalen. Vervolgens bespreken we internationale ervaringen en waarom brede toepassing tot op heden beperkt is gebleven. Tot slot plaatsen we het systeem in het bredere kader van ontwerpcomplexiteit, onderhoud, economische haalbaarheid en efficiëntie- en emissiekaders, die samen richting geven aan de inzetbaarheid.
Efficiëntiewinst en stabiliteit
Het hydrodynamische voordeel van contraroterende schroeven is dat de achterste schroef een deel van de draaiing in de uitstroming van de voorste schroef kan terugwinnen. Onder gunstige en sterk gecontroleerde omstandigheden, zoals bij torpedo’s en turbopropvliegtuigen, zijn efficiëntiewinsten van meer dan tien procent gemeten. In de scheepvaart is dit effect doorgaans kleiner, maar praktijkervaring en projectspecifieke metingen laten zien dat brandstofbesparingen van enkele procenten tot circa 8–10% onder passende condities mogelijk kunnen zijn, afhankelijk van scheepstype, snelheid en belading.
Voor reders en scheepseigenaren betekent dit dat bij gelijkblijvende dienstsnelheid minder vermogen nodig kan zijn, met mogelijk een lager brandstofverbruik en lagere operationele kosten. Naast deze potentiële efficiëntiewinst speelt het effect op het draaimoment mee. Doordat de schroeven tegengesteld draaien, wordt het reactiemoment grotendeels gecompenseerd. Dit kan leiden tot stabieler koersgedrag en minder belasting van het roer, wat vooral bij lage tot middelhoge snelheden de manoeuvreerbaarheid en het stuurcomfort kan verbeteren.
Technische uitdagingen en onderhoud
Het grootste obstakel voor brede toepassing is de extra technische complexiteit in de aandrijflijn en de inbouw. Twee schroeven op één aslijn vragen om een coaxiaal systeem met twee assen in elkaar, of om een tandwielstelsel dat het vermogen gecontroleerd over beide schroeven verdeelt. Dat betekent extra lagerpunten, afdichtingen en onderdelen die gevoelig zijn voor slijtage en nauwkeurige afstelling. Ook uitlijning en trillingen vragen meer aandacht, omdat toleranties in de totale aslijn zwaarder doorwerken dan bij een enkelvoudige schroef.
Een alternatief is een hybride uitvoering, waarbij de voorste schroef door de hoofdmotor wordt aangedreven en de achterste schroef elektrisch wordt aangedreven, bijvoorbeeld vanuit de naaf of via een compacte achterliggende aandrijving. Dit kan retrofit in sommige gevallen eenvoudiger maken, maar het systeem blijft relatief onderhoudsgevoelig. Toegang is daarbij een praktisch knelpunt: inspectie, demontage en reparatie worden lastiger doordat beide schroeven dicht op elkaar staan en de aandrijflijn meer samenhangende onderdelen bevat. Ook het vervangen of herstellen van bladen vraagt vaak meer tijd en specialistische werkzaamheden dan bij conventionele systemen, zeker wanneer na de ingreep balans en maatvoering opnieuw aantoonbaar binnen de geldende toleranties moeten vallen.
Ervaringen in de internationale scheepvaart
In de internationale scheepvaart zijn contraroterende systemen vooral toegepast in pilotprojecten en niches, met name wanneer de verwachte efficiëntiewinst opwoog tegen de extra complexiteit van het systeem. In Japan zijn in de jaren tachtig bijvoorbeeld enkele koopvaardijschepen uitgerust met een contraroterende configuratie waarbij de achterste schroef elektrisch werd aangedreven via een in de aslijn geïntegreerde oplossing. In publieke projectrapporten worden daarbij brandstofbesparingen genoemd die in gunstige gevallen tot circa tien procent konden oplopen, afhankelijk van ontwerp, bedrijfsprofiel en meetbasis.
Later zijn ook varianten onderzocht waarin een conventionele voorste schroef werd gecombineerd met een afzonderlijk aangedreven achterste voortstuwingsunit, bijvoorbeeld in podconfiguraties. Voor dergelijke toepassingen wordt doorgaans een besparing genoemd van enkele procenten tot grofweg 5–8%, opnieuw afhankelijk van scheepstype, snelheid, belasting en de mate waarin voortstuwing en energiemanagement goed zijn geïntegreerd.
Ondanks deze positieve voorbeelden is brede toepassing beperkt gebleven. De belangrijkste verklaring ligt meestal niet in het hydrodynamische principe, maar in de totale kosten-batenafweging: hogere aanschafkosten, meer onderdelen in de aandrijflijn, strengere eisen aan uitlijning en onderhoud, en een grotere impact op stilstand bij ingrepen. In perioden met relatief lage brandstofprijzen of strikte eisen aan terugverdientijd kozen veel rederijen daarom vaker voor eenvoudiger toepasbare energiebesparende oplossingen, zoals ducts en geleidingsvinnen, of voor optimalisatie van een conventionele schroef binnen de bestaande inbouw- en onderhoudsaanpak.
Toekomst en niches
De toenemende aandacht voor brandstofbesparing en emissiereductie leidt tot hernieuwde belangstelling voor contraroterende voortstuwingsconcepten. Niet omdat het principe nieuw is, maar omdat veranderende randvoorwaarden de technische en economische afweging opnieuw beïnvloeden. Met name de verdere elektrificatie van voortstuwing kan de toepassing van twee tegengesteld draaiende schroeven vereenvoudigen, doordat vermogen flexibeler kan worden verdeeld en geregeld dan bij uitsluitend mechanische aandrijflijnen.
In hybride of volledig elektrische configuraties kan de achterste schroef bijvoorbeeld zelfstandig worden aangestuurd. Hierdoor neemt de behoefte aan complexe tandwielstelsels of concentrische assen af. Dat verlaagt de drempel voor toepassing, al blijft de totale systeemopzet complexer dan bij conventionele oplossingen. De uiteindelijke haalbaarheid blijft daarom sterk afhankelijk van ontwerpkeuzes, schaalgrootte en het beoogde inzetprofiel.
Voor specifieke niches kan een contraroterend schroefsysteem desondanks een strategisch verdedigbare keuze zijn. Bij ijsbrekers en andere vaartuigen met hoge eisen aan stuwkracht en redundantie kan het verdelen van vermogen over twee schroeven voordelen bieden voor belastbaarheid en beheersing van de voortstuwing. Ook bij marinevaartuigen en snelle schepen, waar prestatie, koersstabiliteit en elke procent efficiëntiewinst zwaar meewegen, kan een contraroterende configuratie logisch passen binnen het totale ontwerpconcept.
Voor het merendeel van de commerciële vrachtschepen ligt de praktijk anders. Daar wordt efficiëntiewinst doorgaans gezocht in optimalisatie van een enkelvoudige schroef, eventueel in combinatie met relatief eenvoudig toepasbare energiebesparende maatregelen zoals straalbuizen, geleidingsvinnen of andere Energy Saving Devices (ESD’s). Deze oplossingen kennen lagere investerings- en onderhoudsdrempels en sluiten beter aan bij bestaande inbouw- en onderhoudsregimes. Contraroterende systemen blijven daarmee vooral relevant voor specifieke toepassingen, waar de extra complexiteit aantoonbaar opweegt tegen de verwachte voordelen.
Relevantie voor internationale regelgeving
Contraroterende voortstuwingssystemen hebben ook beleidsmatige relevantie, omdat een hogere voortstuwingsefficiëntie doorwerkt in brandstofverbruik en emissies. Binnen het internationale kader van MARPOL Annex VI zijn reders gehouden de uitstoot van kooldioxide (CO2) en stikstofoxiden (NOx) te beperken. Een efficiënter voortstuwingssysteem kan, afhankelijk van toepassing en inzetprofiel, leiden tot een lagere brandstofvraag en daarmee tot een lagere CO2-intensiteit per vervoerde eenheid.
In dat licht kan een contraroterende configuratie bijdragen aan het onderbouwen van prestaties binnen instrumenten zoals de Energy Efficiency Existing Ship Index (EEXI) en de Carbon Intensity Indicator (CII). Niet omdat het systeem op zichzelf compliance waarborgt, maar omdat een aantoonbaar lagere vermogensvraag het eenvoudiger maakt om prestaties over langere perioden consistent en reproduceerbaar vast te leggen.
Binnen Europa krijgt dit extra gewicht door het emissiehandelssysteem (EU ETS) en de FuelEU Maritime-verordening, waarin brandstofverbruik en emissie-intensiteit steeds directer doorwerken in kosten en operationele randvoorwaarden. Als contraroterende schroeven aantoonbaar en structureel efficiëntiewinst opleveren, kan dit bijdragen aan lagere brandstofkosten en een lagere ETS-blootstelling. Daarnaast kan het extra ruimte geven bij de inzet van alternatieve brandstoffen met een lagere energiedichtheid, zoals methanol of ammoniak. In hoeverre dit voordeel in de praktijk wordt gerealiseerd, blijft daarbij afhankelijk van scheepstype, vaarprofiel en de afstemming tussen voortstuwing en energiesysteem.
Over dit artikel
Dit artikel maakt deel uit van de achtergrondinformatie over scheepsschroefconfiguraties en hun toepasbaarheid in de praktijk en valt binnen het cluster Typen scheepsschroeven en voortstuwingsconfiguraties. De kern is dat contraroterende schroeven onder passende condities een hydrodynamisch voordeel kunnen bieden door rotatie-energie in de uitstroom deels terug te winnen, maar dat de toepasbaarheid vooral wordt begrensd door aandrijflijncomplexiteit, inbouw, onderhoud en integratie in het energiesysteem. De afweging krijgt pas betekenis wanneer scheepstype, snelheidstraject, belading, instroming en het vereiste niveau van aantoonbaarheid expliciet worden meegenomen. Voor een projectspecifieke uitwerking sluit de pagina Scheepsschroef op maat hier logisch op aan.
Voor de technische basis van efficiëntiewinst en de grenzen daarvan sluit het artikel Wat zijn belangrijke ontwerpprincipes voor een efficiënte scheepsschroef logisch aan. Daarin wordt toegelicht welke ontwerpkeuzes het rendement en het stromingsgedrag bepalen, en waarom prestatieclaims afhankelijk blijven van instroming, belasting en configuratie.
Omdat contraroterende systemen in de praktijk vaak worden afgewogen tegen minder ingrijpende maatregelen, is ook het artikel Kunnen hulpmiddelen zoals straalbuizen, vinnen of PBCF’s de scheepsschroefefficiëntie verbeteren relevant. Dit artikel plaatst CRP binnen het bredere spectrum van energiebesparende oplossingen, met aandacht voor integratie, risico’s en de verhouding tussen complexiteit en realiseerbare winst.
Voor de beleidsmatige context waarin efficiëntiewinst moet worden onderbouwd sluit Hoe draagt een efficiëntere scheepsschroef bij aan MARPOL Annex VI, EEXI/CII en NOx-reductie hierop aan. Daarin wordt uitgelegd hoe voortstuwingsefficiëntie doorwerkt in brandstofverbruik en emissies, en waarom “bijdragen aan” niet gelijkstaat aan het automatisch voldoen aan regelgeving.