22 نوامبر 2023 -توسط جیمز میسون، آلیس لارکین و سیمون بولاک، گفتگو-یک کشتی باری با روتورهای فلتنر – معادل مدرن بادبان. اعتبار: Norsepower
بخش حمل و نقل بین المللی متشکل از هزاران کشتی باری عظیم مملو از بسیاری از کالاهایی که ما خریداری می کنیم، دی اکسید کربن (CO2) منتشره آنها تقریباً معادل کل کشور آلمان است.
تحقیق ما بر نیاز به اقدام فوری تاکید دارد. کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به میزان 34 درصد تا سال 2030 برای ادامه مسیر با هدف کاهش 1.5 درجه سانتی گراد توافق پاریس ضروری است. اما با توجه به اینکه اقدامات تامین سوخت کم کربن بعید است حداقل تا دهه 2030 در مقیاس لازم در دسترس باشند، صنعت چگونه می تواند به هدف کوتاه مدت خود دست یابد؟
راه حل جدیدی با ریشه های باستانی ، بادبان است . نه دودکش‌های مهیب قرن‌های گذشته، بلکه سیستم‌های با تکنولوژی بالا که قادر به استفاده از انرژی تجدیدپذیر باد برای تکمیل نیروی محرکه موتور کشتی هستند.
تعدادی از طرح های بادبان پیشرفته توجه شرکت های حمل و نقل را به خود جلب کرده است. دو رقیب عبارتند از روتورهای فلتنر، سیلندرهایی که برای تولید نیروی محرکه می چرخند، و “پره بادبانی” که شبیه بال های هواپیما هستند و از طرح های مورد استفاده در مسابقات قایق بادبانی مشتق شده اند.
نیروی محرکه بادی به کشتی ها اجازه می دهد تا سوخت کمتری مصرف کنند و در نتیجه گازهای گلخانه ای کمتری منتشر کنند. با این حال، در مقاله جدیدمان متوجه شدیم که فرصت واقعی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از کشتیرانی در این دهه در ترکیب بادبان‌ها با مسیرهای بهینه ترسیم شده توسط سیستم‌های ناوبری ماهواره‌ای نهفته است.
یک ایده قدیمی با تکنولوژی جدید
مسیریابی بهینه برای بسیاری از ما مفهومی آشناست. با تایپ یک مقصد در Google Maps و اجازه دادن به الگوریتم‌های آن برای محاسبه سریع‌ترین راه برای رسیدن شما به مقصد، از آن استفاده خواهید کرد.
این روند برای کشتی ها مشابه است. اما این نرم افزار به جای یافتن سریع ترین سفر، عملکرد کشتی را در آب مدل می کند تا مسیرها و سرعت هایی را محاسبه کند که مصرف سوخت را به حداقل می رساند.
با مسیریابی و بادبان های بهینه، کشتی ها می توانند از مسیر استاندارد خود منحرف شوند تا بادهای مطلوب را جستجو کنند. کشتی ممکن است مسافت طولانی تری را طی کند، اما نیروی اضافی به دست آمده توسط بادبان ها، مصرف سوخت کشتی را محدود می کند و مجموع انتشار گازهای گلخانه ای را در طول سفر کامل کاهش می دهد. این نرم افزار فقط مسیرهایی را پیشنهاد می کند که زمان رسیدن یکسان را تضمین می کند و کشتی را مطابق برنامه اولیه خود نگه می دارد.
ما از یک شبیه‌سازی مدل کامپیوتری یک کشتی باری با چهار بادبان، که هر کدام از مجسمه مسیح برزیل در ارتفاع 35 متری بلندتر بودند، استفاده کردیم. با محاسبه مصرف سوخت این کشتی بزرگ فله‌بر در بیش از 100000 سفر چهار ساله و پوشش 14 مسیر کشتیرانی در سراسر جهان، دریافتیم که بادبان‌ها می‌توانند انتشار کربن سالانه را حدود 10 درصد کاهش دهند.
وعده واقعی بادبان ها زمانی آشکار می شود که از مسیریابی بهینه استفاده شود و کاهش انتشار سالانه به 17 درصد افزایش یابد.
مسیرهایی با شرایط باد ایده آل پتانسیل بیشتری دارند. امیدوارکننده‌ترین آنها معمولاً نقاط دور از خط استوا هستند، مانند گذرگاه‌های ماوراء اقیانوس اطلس و اقیانوس آرام، که در آن بادهای قوی می‌توانند بادبان‌های بزرگ را تحریک کنند. با بهره گیری از الگوهای باد که در این مسیرها در سراسر اقیانوس حرکت می کنند، بادبان ها و مسیریابی بهینه می توانند انتشار سالانه را تا بیش از 30 درصد کاهش دهند.
سفر بین بریتانیا و ایالات متحده را به عنوان مثال در نظر بگیرید. کشتی‌ای که در این سفر عازم می‌شود معمولاً بادهای مخالف قوی را تجربه می‌کند که باعث کشش می‌شود و کشتی را به سمت عقب می‌کشد، به این معنی که برای حفظ همان حرکت رو به جلو باید سوخت بیشتری سوزانده شود. اما با استفاده از بادبان ها و نرم افزار مسیریابی بهینه در این گذرگاه، کشتی ها می توانند از این بادهای مخالف جلوگیری کرده و به سمت بادهای مطلوب تر هدایت شوند.
در سفر برگشت، کشتی معمولاً بادهای شدیدی را از پشت و کنار تجربه می‌کند که بادبان‌ها را پر می‌کند و کشتی را به حرکت می‌اندازد. با نرم‌افزار مسیریابی بهینه، کشتی می‌تواند بادهای قوی‌تری پیدا کند و جهت بادبان‌ها را برای به حداکثر رساندن نیروی محرکه تنظیم کند.
سازمان بین المللی دریانوردی (سازمان ملل متحد مسئول مقررات زیست محیطی در کشتیرانی) هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه ای 20 تا 30 درصد تا سال 2030 دارد. هدف توافق پاریس 1.5 درجه سانتیگراد مستلزم کاهش حتی بیشتر است.
تحقیقات ما نشان می دهد که کاهش CO2 با این بزرگی در این دهه با استفاده از نیروی محرکه بادی و مسیریابی بهینه در مسیرهای امیدوارکننده امکان پذیر است. دستیابی به این امر، صنعت کشتیرانی را ملزم به استفاده از فناوری‌ها و شیوه‌های موجود می‌کند و تمرکز خود را صرفاً روی سوخت تغییر می‌دهد، زیرا توسعه سوخت‌های بدون کربن بیشتر طول می‌کشد.
همانطور که به سمت قرن بیست و یکم پیش می رویم، تحقیقات ما پیامی روشن به صنعت کشتیرانی ارائه می دهد: کاهش قابل توجه کربن در این دهه امکان پذیر است. در اینجا یک ایده قدیمی وجود دارد که فناوری را با سنت ادغام می کند و می تواند کشتیرانی بین المللی را به سمت اهداف آب و هوایی خود هدایت کند.
