Nadchodzi nowa era żaglowców? Nowe technologie odmienią morski transport

Transport morski odpowiada za 3 procent światowych emisji, a ten odsetek z roku na rok rośnie. Wielkie frachtowce zazwyczaj napędzane są najtańszym, a co za tym idzie najbardziej zanieczyszczającym środowisko paliwem. Próby przestawienia kluczowego dla globalnej gospodarki frachtu na bardziej przyjazne środowisku paliwa zakończyły się jednak jak dotąd niepowodzeniem. 

Aby osiągnąć globalne cele klimatyczne, emisje dwutlenku węgla pochodzące z żeglugi muszą zostać zmniejszone o ponad 50 procent do 2050 r. Aż 99 procent światowej żeglugi jest obecnie uzależnione od paliw kopalnych. Chociaż energia elektryczna może zasilać mniejsze jednostki, takie jak promy samochodowe, elektryfikacja wielkich, transoceanicznych statków jest dziś niemal niemożliwa. Zapotrzebowanie na nowe, energooszczędne rozwiązania dla żeglugi jest bardzo pilne.

Zespół badawczy z Chalmers University of Technology w Szwecji jako pierwszy zademonstrował unikalną metodę, która zmniejsza opór aerodynamiczny statków. To otwiera drogę dla dużych statków towarowych pokonujących oceany wyłącznie dzięki wiatrowi. Żaglowce są bardziej narażone na opór aerodynamiczny, niż statki napędzane paliwami kopalnymi.

Szwedzcy naukowcy jako pierwsi zademonstrowali nową metodę, która może utorować drogę do znacznego zmniejszenia wpływu żeglugi na klimat. Zainspirowani lotnictwem, znaleźli sposób na zmniejszenie oporu aerodynamicznego statku o 7,5 procent. Rezultatem jest zwiększona efektywność energetyczna i mniejsze zużycie paliwa.

"Dla tankowca płynącego z Arabii Saudyjskiej do Japonii oznaczałoby to zmniejszenie zużycia paliwa o około dziesięć ton", mówi dr Xu Kewei, z Wydziału Mechaniki i Nauk Morskich.

Statek z napędem wiatrowym wymaga bardziej wydajnej konstrukcji aerodynamicznej, ponieważ nie może polegać na “brutalnej sile" silnika spalinowego. Dotychczasowe badania efektywności energetycznej statków skupiały się jednak nie na oporze powietrza, a na oporze wody. Nowe badanie jest jednym z pierwszych, które blisko przygląda się problemowi kluczowemu dla rozwoju napędu wiatrowego. 

"W ciągu najbliższych kilku lat prawdopodobnie zobaczymy statki łączące napęd wiatrowy i spalinowy. Ale naszym długoterminowym celem jest uczynienie z energii wiatrowej jedynego źródła energii dla statków towarowych" mówi Kewei.

Faktycznie, coraz więcej stoczni i firm transportowych bacznie przygląda się postępom w technologiach umożliwiających przynajmniej wspomaganie napędu frachtowców wiatrem. Pierwszy masowiec z supernowoczesnymi żaglami zmniejszającymi zużycie paliwa testuje japoński koncern MOL. Amerykański gigant spożywczy Cargill chce na swoich statkach stosować nowoczesne żagle WindWings. A francuski start-up Zephyr & Borée zbudował statek Canopée, który ma transportować części rakiety Ariane 6 Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Badacze wykorzystali tzw. efekt Coandy, który sprawia, że przepływające powietrze “przyczepia się" do zakrzywionych powierzchni. W żegludze jednym z głównych źródeł oporu aerodynamicznego jest kwadratowa tylna część nadbudówki statku. Nowa metoda wykorzystuje efekt Coandy do zmniejszenia oporów wywoływanych przez wystające elementy statku.

"Dzięki stworzeniu projektu o nadbudówce z wypukłymi krawędziami i umożliwieniu przepływu wysoko sprężonego powietrza przez wbudowane w nią "szczeliny odrzutowe", możemy zrównoważyć wpływ ciśnienia powietrza na kadłub statku. To z kolei znacznie zmniejsza opór aerodynamiczny, czyniąc statek bardziej energooszczędnym", mówi Kewei. Metodę można zastosować zarówno na istniejących, jak i nowo projektowanych statkach.

"Zademonstrowaliśmy, że nasza metoda może zmniejszyć opór aerodynamiczny o 7,5 proc. Mamy nadzieję, że przemysł żeglugowy wykorzysta to rozwiązanie w ramach swojej adaptacji do niskoemisyjnej gospodarki" mówi badacz. "Dalsza optymalizacja może jeszcze bardziej zmniejszyć opór powietrza".

Nowa metoda naukowców z Chalmers umożliwiłaby również bezpieczniejsze starty i lądowania na statkach dla helikopterów, które dziś muszą walczyć z turbulencjami wywoływanymi przez nadbudówki statków. Nowa metoda tłumi turbulencje, ponieważ wpływa na wiatr spływający za nadbudówką. Zmniejsza w ten sposób ryzyko wypadków śmigłowców.

Efekt Coandy został nazwany na cześć rumuńskiego wynalazcy Henriego Coandy, który około 1910 roku jako pierwszy dostrzegł praktyczne zastosowania tego zjawiska w projektowaniu samolotów. Obecnie efekt ten jest stosowany w samolotach odrzutowych, w których siła nośna zwiększa się, gdy strumień powietrza "przykleja się" do skrzydła. Efekt Coandy stosowany jest także w klimatyzatorach czy suszarkach do włosów.