Tim Coronel houdt wel van een uitdaging. De succesvolle Nederlandse coureur heeft zo'n beetje alles wat er te winnen valt aan autoraces wel gewonnen. Maar de Dakar is iets anders. 'De Dakar is geen gewone rally,' zegt Coronel. 'Het is een twee weken durende fysieke, mentale en emotionele rollercoaster.' Alsof het uitrijden van deze zware wedstrijd in een auto (eerst samen met zijn vriendin Gaby Uljee en later met zijn tweelingbroer Tom Coronel) nog niet prestigieus genoeg was besloot Tim in 2010 in zijn eentje in een buggy de tocht te volbrengen. Hij herhaalde het kunstje in 2011 en werd ook nog eens eerste in het single seater klassement. En nóg was het niet genoeg: Tim Coronel wil de eerste worden die in een elektrisch aangedreven buggy de Dakar uitrijdt. 'Winnen doe ik toch wel,' lacht de coureur, 'Maar ik wil me graag blijven ontwikkelen.' Tim geloofde aanvankelijk niet dat dat mogelijk is, maar besloot de Delftse hoogleraar en ex-astronaut Wubbo Ockels te bellen voor advies. Die was meteen enthousiast. Zijn onderzoeksgroep heeft ervaring in het bouwen van bijzondere auto's zoals de Nuna-zonnewagen. Ockels en zijn medewerker Joris Melkert zetten een team van studenten aan het werk om te berekenen hoe de optimale elektrische buggy eruit moet zien. 'Onze opdracht luidde een elektrisch aangedreven buggy te ontwerpen waarmee Tim de Dakar rally uit kan rijden,' vertelt Melkert.
Energieprobleem
De basis van het wagentje is natuurlijk een elektromotor. Het bedrijf All Green Vehicles dat ervaring heeft in het inbouwen van elektrische motoren in allerlei voertuigen, besloot dat een standaard Magtec elektromotor met een vermogen van 90 kW voldoende moet zijn. Dat is net zoveel als pakweg in de standaard elektrische middenklasser Nissan Leaf. Die weegt bijna twee keer zo veel als de buggy van zo'n 750 kilo dus snelheid moet geen probleem zijn. Deze elektromotor heeft een heel hoge efficientie van zo'n 95%. Slechts 5% van de energie gaat dus verloren in de vorm van warmte. Bij een verbrandingsmotor is dat wel 60%. De brandstof bestaat uit lithium polymeer-accu's. Er gaat 84 kWh aan accu's mee, een pakket dat ruim 500 kg weegt. De servicetrucks nemen nog twee van deze pakketten mee om te wisselen. De Delftse onderzoekers stelden vervolgens een lijst van eisen op. De buggy moet natuurlijk veilig zijn, bestand tegen de omstandigheden bij de Dakar en snel genoeg om de etappes binnen de maximale tijd te rijden. Verder moet de energievoorziening duurzaam zijn. Maar het belangrijkste is de actieradius van het wagentje. Op een acculading moet minimaal 250 km gereden kunnen worden zodat bij de standaard tankstations langs de route de lege accu's verwisseld kunnen worden met opgeladen exemplaren uit de servicetruck. En dat bleek een uitdaging, vertelt Melkert. 'De energiedichtheid van een accu is nog erg laag in vergelijk met vloeibare brandstof. Per kilo bevatten accu's gewoon minder energie. Het uitrijden van de Dakar is daarmee een energieprobleem geworden: hoe neem ik voldoende energie mee om van A naar B te komen.' De onderzoekers hebben eerst uitgezocht hoeveel energie je eigenlijk nodig hebt voor het rijden met de buggy op verschillende ondergronden. Daarvoor deden ze tests met de buggy's waarmee Coronel in 2010 en 2011 de Dakar reed en die wordt aangedreven door een verbrandingsmotor uit een sneeuwscooter. Het bleek dat zandduinen rijden bijna drie keer zoveel energie kost als asfalt rijden. Met het pakket batterijen dat Coronel wil meenemen kan de buggy 100 km zandduinen, 270 km asfalt of gemiddeld zo'n 225 km afleggen. Niet genoeg volgens de specificaties. Meer accu's meenemen is geen optie. Dan wordt het wagentje te zwaar.
Lichtgewicht
Maar er is op andere terreinen veel te winnen, met name door gewichtsbesparing en een verlaging van de luchtweerstand. Een kilo lichter betekent 150 meter verder rijden, zo bleek uit het Delftse onderzoek. De Delftenaren hebben diverse mogelijkheden doorgerekend. Met die berekeningen is Tim Coronel aan de slag gegaan, vertelt hij. 'Gewichtsbesparing is het allerbelangrijkst. De afgelopen tijd hebben we letterlijk álle onderdelen onder de loep genomen. Elke kilo die we kunnen besparen geeft mij de mogelijkheid om harder en verder te rijden.' Hoewel de elektrische buggy pas in 2013 aan de start van de Dakar zal verschijnen, zijn veel van deze ontwikkelingen in de buggy voor 2012, die nog een verbrandingsmotor heeft, toegepast. Zo is het buizenframe helemaal opnieuw doorgerekend door de medewerkers van Prodakar, het bedrijf dat de organisatie in handen heeft van het rallyrijden van onder andere Tim Coronel. De Delftse onderzoekers hadden uitgerekend dat een titanium frame optimaal zou zijn. Titanium is veel lichter en sterker dan staal. Het is alleen heel moeilijk te lassen, dus als er onderweg iets kapot zou zijn is het vrijwel onmogelijk voor het Dakar-team om reparaties uit te voeren. Bovendien is titanium veel duurder, waardoor een titanium frame geen reële optie bleek. Daarom zijn alle stukken die geen hoge krachten te verduren krijgen van dunner staal gemaakt. Daarmee is het frame zo'n 15% lichter geworden. 'Dus kan ik weer 15% sneller rijden,' merkt Coronel op. De banden zijn opvallend genoeg een inch breder gemaakt dan de vorige versie. Groter en zwaarder, zou je zeggen, maar daardoor 'drijft' de buggy meer op het zand en heeft dus minder weerstand, waardoor je toch zuiniger kunt rijden. Of harder. Bandenfabrikant Maxxis heeft het rubber waar de banden van zijn gemaakt vervangen door een lichtere soort. De wangen (zijkanten) van de banden zijn van kevlar waardoor ze dunner, lichter en sterker zijn. Verder is de binnenste ring van de stalen velgen, het hart, vervangen door titanium ringen. Het gewicht is daardoor nog maar een derde van wat het was.
Handgemaakte panelen
Ook de carrosserie van het wagentje is aangepakt. Bij het proefmodel van de elektrische buggy zijn diverse grof uitgesneden platen van glasfiber en kunststof met tiewraps, de bekende plastic bindstrips, aan het frame gemaakt. Dat zal tijdens de race wel anders zijn? 'Nee hoor,' zegt Tim. 'Ik houd wel van tiewraps. Als er iets kapot is kun je het heel gemakkelijk vervangen met een setje nieuwe.' Maar het materiaal van de panelen van de buggy die in de Dakar zal starten is heel anders. In plaats van het zware glasfiber, kunststof of aluminium zijn alle panelen gemaakt van geweven dyneema (polyetheenvezel) doek met koolstofvezel erdoorheen. Een hars zorgt voor de stevigheid. De koolstofvezel die door het dyneema is geweven zorgt ervoor dat de hars aan het doek hecht. Dyneema is daarvoor veel te glad. De panelen worden met de hand gemaakt door een Italiaanse vakman. Eerst maakt hij een mal van bijvoorbeeld glasvezel en klein om de juiste vorm te krijgen. Daarna perst hij het dyneema doek met hars er met behulp van vacuüm tegenaan. Als de hars is uitgehard kun je de panelen zo loshalen van de mal. Ook de bodemplaat, die moet beschermen tegen klappen bijvoorbeeld van puntige rotsen, is nieuw. In plaats van een stalen plaat is gekozen voor dyneema met koolstofvezel, net als voor de carrosserie. Het midden van zo'n bodemplaat heeft niet veel sterkte nodig, alleen de beschermende werking van dyneema. Tussen twee lagen dyneema is een laag lucht, schuim of kurk in principe voldoende. Voor de elektrische buggy is gekozen voor kurk, onder andere omdat het duurzaam is.
Automaatje
Ook de versnellingsbak is speciaal ontworpen voor de elektrische motor. De stappen van een versnellingsbak hangen grotendeels af van het gewicht van de buggy. En dat is nu veel lager dan bij eerdere versies. 'Hoe zwaarder het voertuig, hoe dichter de versnellingen bij elkaar moeten liggen,' legt Tim Coronel uit. 'Bij een vrachtwagen heb je heel kleine stapjes. Voor de lichte buggy kunnen de versnellingen verder uit elkaar liggen. Dan kun je veel sneller optrekken. Omdat we deze nog lichter hebben gemaakt dan de vorige hebben we ook een nieuwe versnellingsbak ontworpen.' Overigens hoeft Coronel niet zelf te schakelen, de versnellingsbak is een automaat. Ten slotte kan een betere aërodynamica nog een hoop verschil maken, zegt Joris Melkert van de TU Delft. 'Een normale buggy doet pijn aan je ogen wat betreft de luchtweerstand. Dat is een open kooiconstructie. Zoals wij hem hebben ontworpen doet hij iets minder pijn aan je ogen. Cijfers zijn moeilijk te geven maar een gesloten constructie scheelt misschien al wel 30%. Als je echt ordes van grootte verschil wil maken gaat de buggy meer op de Nuna zonnewagen lijken, plat en gestroomlijnd. Die is aërodynamisch gezien echt helemaal uitgeknepen.'
Stille kracht
Tim Coronel is tevreden over zijn elektrische buggy. Het wagentje is uitgebreid getest, onder andere in Spanje. Het rijdt wel heel anders dan een buggy met verbrandingsmotor, zegt hij. 'Ik was de eerste keer echt verrast door de power bij het optrekken. Maar ik mis wel het geluid van de motor een beetje,' zegt de coureur bij de presentatie van het proefmodel. Hij stuift er vervolgens inderdaad fluisterstil vandoor. Het enige geluid is dat van de banden wanneer hij de hoek om drift. Het grote verschil voor de bestuurder zit hem in het koppel dat de motor ontwikkelt, een maat voor de kracht die de motor levert om de assen en daarmee de wielen te laten draaien. Het koppel van een verbrandingsmotor is afhankelijk van het aantal toeren dat die maakt. Het maximale koppel wordt pas bij een bepaald aantal toeren bereikt. Boven een bepaald aantal toeren neemt het koppel ook weer af. Een elektromotor levert altijd het maximale koppel onafhankelijk van het aantal toeren. 'Een elektrische wagen rijdt dus eigenlijk veel beter,' zegt Coronel. 'Hij rijdt bijvoorbeeld veel makkelijker een zandduin op, een groot voordeel tijdens de Dakar. Zandduinen bestaan eigenlijk niet meer.' Maar je moet er wel mee leren rijden. 'De motor levert zoveel kracht dat de aandrijfassen steeds kapot gingen. We hebben ze nu een stuk dikker gemaakt.'
Duurzaam of niet?
Maar hoe duurzaam is zo'n elektrisch wagentje nu echt? De accu's moeten ten slotte wel opgeladen worden. Melkert zocht met zijn studenten uit hoe je dat het beste kunt doen. 'In principe heb je wind- en zonne-energie en vloeibare brandstoffen tot je beschikking. Aan de kust, waar de route een paar keer langskomt kun je windenergie gebruiken, maar dat is te weinig. De servicetrucks worden volgeladen met zonnepanelen. Die leveren in totaal zo'n 40 kWh per dag in optimale omstandigheden, berekenden de onderzoekers. Dat is niet genoeg om één lading accu's (voor 250 km) op te laden, laat staan meerdere ladingen. Een extra bron van energie is een generator die op biodiesel draait. De biodiesel wordt lokaal van gecertificeerde fabrikanten gekocht. De buggy kan zelf niet op zonnestroom rijden. Behalve dat je nooit genoeg panelen op een buggy kan plaatsen, zouden die ook veel te snel stoffig worden waarna ze geen stroom meer leveren. Het totale kostenplaatje wat betreft energie is niet bepaald. Het doel van het team is vooral om te laten zien dat het mogelijk is de Dakar uit te rijden met een elektrische wagen. De betrokkenheid van Wubbo Ockels is geen toeval. Ockels is niet alleen ex-astronaut, maar ook een pleitbezorger van innovatie in duurzame energie. 'Onze atmosfeer is heel fragiel. Dat realiseerde ik me pas toen ik vanuit de ruimtecapsule ernaar keek. We moeten heel erg voorzichtig zijn met onze atmosfeer. En laten we eerlijk zijn: mensen die rally's rijden zijn niet bepaald milieuvriendelijk bezig.' Innovatie van het soort dat het Dakar-team nu doet is cruciaal, zegt hij, en hij is blij dat Tim hem enkele maanden geleden belde voor hulp bij dit project. 'Bij het grote publiek is elektrisch nog altijd synoniem met langzaam. Wij gaan daarin verandering brengen.'
De Elektrische buggy in cijfers
Voertuig: Prodakar/McRae buggy Zitplaatsen: 1 Lengte: 3 meter Breedte: 1.82 meter Aandrijving: 4x2 Gewicht zonder coureur: 750 kg Motor: Magtec elektromotor Vermogen: 90 kW Brandstof: lithium ion accu's, 84 kWh Topsnelheid: 150 km/u Kosten om met de elektrische buggy in de Dakar te starten: 850.000 (inclusief promotie, media etc.), voor de buggy van dit jaar is dat 250.000
Dit artikel is gepubliceerd in KIJK nr 1, 2012.
Lees ook "Eerste elektrische Dakar-buggy gaat als een speer" op Sync.nl
