Technologia

Ekostatki

Numer 5/2018
Rotory Flettnera to duże, obracające się pionowe cylindry, które podobnie jak żagle uzyskują siłę z wiatru. Pochodzi ona jednak z efektu Magnusa, tego samego, który sprawia np., że podkręcone piłki skręcają w locie. Rotory Flettnera to duże, obracające się pionowe cylindry, które podobnie jak żagle uzyskują siłę z wiatru. Pochodzi ona jednak z efektu Magnusa, tego samego, który sprawia np., że podkręcone piłki skręcają w locie. ; Alan Jamieson/Wikimedia Commons / Wikipedia
Pływające po oceanach ogromne jednostki transportowe coraz bardziej zatruwają środowisko. Inżynierowie, chcąc powstrzymać tę degradację, pracują nad doskonalszymi kadłubami czy silnikami. Proponują też mniej typowe rozwiązania, takie jak sztywne żagle, obrotowe cylindry i latawce.

W tym roku ma ruszyć budowa jednego z najbardziej niezwykłych statków, jakie do tej pory pływały po oceanach. „Ecoship” japońskiej organizacji Peace Boat będzie luksusowym wycieczkowcem przeznaczonym dla 2 tys. pasażerów, który oprócz standardowego, choć możliwie ekologicznego, napędu na gaz ziemny zostanie wyposażony w 10 rozkładanych sztywnych żagli. Dzięki sile wiatru wygenerują one średnio 4%, a maksymalnie 10% mocy potrzebnej do poruszania jednostką. Żagle wyprodukują także prąd, a to dzięki pokrywającym je bateriom słonecznym. Ogniwa zostaną zamontowane również na pokładzie. To jednak nie koniec technicznych nowości. Wzorowany na ciele wieloryba kadłub ma stawiać mniejszy opór wodzie, generatory wiatrowe będą produkować dodatkową energię, a rosnące na kilku pokładach rośliny – pochłaniać dwutlenek węgla. Projektanci statku szacują, że „Ecoship” wytworzy 40% mniej CO2 niż inne nowoczesne jednostki wycieczkowe. Pionowe ogrody dostarczą przy tym pożywienia dla gości, system odzyskiwania wody zredukuje zanieczyszczenia, a organiczne odpady staną się kompostem.

Rosnący problem

Po co to wszystko? Peace Boat to pozarządowa organizacja propagująca zasady pokojowego współistnienia, prawa człowieka, ochronę środowiska i zrównoważony rozwój. Obecnie jednym z jej głównych narzędzi jest odwiedzający różne zakątki świata statek „Ocean Dream”. Jego personel prowadzi działalność edukacyjną, organizuje konferencje i udziela pomocy humanitarnej. „Ecoship” ma w podobny sposób promować proekologiczne rozwiązania dla morskiego transportu. Będzie także działał jako pływające laboratorium – do badania oceanów, klimatu i testowania nowych technologii. Jak pokazują bowiem statystyki, świat ma wszelkie powody, aby zająć się tematem zanieczyszczeń generowanych przez duże jednostki pływające. Choć transport morski jest wyjątkowo efektywny (biorąc pod uwagę pokonywane dystanse i masę, jaką mogą przewozić statki), to z powodu swojej skali stanowi kolosalne obciążenie dla środowiska i zdrowia ludzi.

Ogólnie transport odpowiada za 25% światowej emisji dwutlenku węgla wynikającej ze zużycia paliw. Przy tym, jak podaje International Council on Clean Transportation, 2,5% przypada na transport wodny. Aż 55% tego udziału należy do trzech klas statków – kontenerowców, masowców i tankowców. Jednocześnie eksperci przewidują duże wzrosty emisji CO2 w kolejnych dekadach. W dodatku statki korzystają zwykle z bardzo słabej jakości paliwa, które zawiera m.in. kolosalne ilości siarki. Według znanej niemieckiej organizacji zajmującej się ochroną środowiska, Naturschutzbund Deutschland (NABU), tylko w Europie z powodu zatrucia powietrza przez jednostki pływające rocznie umiera przedwcześnie 50 tys. osób. Tę trudną sytuację mogą poprawić wprowadzane już regulacje prawne i nowe technologie opracowywane przez inżynierów, jak bardziej opływowe kadłuby czy doskonalsze silniki. Niektórzy jednak proponują oprócz tego niekonwencjonalne rozwiązania. W przypadku części z tych propozycji słowo „niekonwencjonalne” należy wziąć w cudzysłów, bo niektóre sposoby były używane już wcześniej, a nawet, jak żagle, przed wiekami.

Epoka prądu?

Silniki elektryczne powstały już w XIX w., ale dopiero teraz, gdy zaczęły upowszechniać się w transporcie samochodowym, zainteresowali się nimi konstruktorzy statków. W ubiegłym roku w Chinach pracę rozpoczęła pierwsza na świecie elektryczna jednostka towarowa. Nie jest duża (mierzy zaledwie 70 m) i może przewieźć 2 tys. t. Rozwija maksymalną prędkość niecałych 13 km/h i po dwugodzinnym ładowaniu akumulatorów pokonuje dystans 90 km. Niestety, o ironio, transportuje rzeką węgiel dla miejscowej elektrowni.

W ślad za Chinami idą już jednak inne kraje. Napędzany elektrycznie Yara Birkeland niedługo zacznie przewozić kontenery między Brevikiem a Larvikiem. W porównaniu do oceanicznych rejsów nie jest to duża odległość, ale statek będzie poruszał się już po wodach morskich. Do 2020 r. ma przy tym zacząć pływać autonomicznie, sterowany przez komputer. Dzięki niemu, jak twierdzą autorzy pomysłu, spadnie liczba kursów ciężarówek w zaludnionych rejonach o 40 tys. rocznie. „Zaczęliśmy przyglądać się bardziej sprzyjającym środowisku sposobom prowadzenia transportu wodnego. Rozpoczęliśmy od rozwiązań hybrydowych, potem przeszliśmy do jednostek zasilanych akumulatorami” – opowiada Bjørn Tore Orvik, ekspert z Yara. „To, co widzimy w tym projekcie, może mieć kolosalny wpływ na środowisko i otworzyć nowy rozdział w transporcie morskim” – twierdzi z kolei Peter Due, menedżer we współpracującym z Yara przedsiębiorstwie Kongsberg Maritime.

Tymczasem holenderska firma Port-Liner jeszcze w tym roku chce wprowadzić na rynek elektryczne barki do przewożenia kontenerów oraz system do przerabiania już istniejących.

Powrót wiatru

Istnieje też spora szansa na to, że na pokładach coraz większej liczby potężnych jednostek ujrzymy niedługo wspomniane już żagle, choć będzie to raczej zmodyfikowana wersja starożytnego wynalazku. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego pracują np. nad systemem Wind Challenger, którego główny element stanowią duże sztywne żagle. Technologia zostanie wykorzystana na masowcach i tankowcach, ponieważ na ich pokładach nie ma zwykle konstrukcji czy innych elementów mogących utrudniać działanie wynalazku. Zbudowane z aluminium żagle są puste w środku i kształtem przypominają skrzydła samolotu. Składają się z segmentów, co pozwala na ich złożenie np. w czasie złej pogody czy postoju w porcie. Na trasie z Japonii do USA twórcy pomysłu przewidują oszczędności w zużyciu paliwa rzędu 25–30%. Już w 2020 r. na pokładzie masowca mają się odbyć pierwsze morskie testy systemu w pełnej skali. „Dzisiejsza technologia umożliwia budowę dużych żagli i ich automatyczną kontrolę. Wykorzystanie energii wiatrowej, podobnie jak w dawnych statkach żaglowych, jest wykonalne” – wyjaśniał przedstawiciel Uniwersytetu Tokijskiego w trakcie jednej z prezentacji Wind Challenger.

Jak zauważyli konstruktorzy wspomnianego na początku statku „Ecoship”, energię wiatru można też łączyć z dostarczaną przez promienie słońca. Nie tylko oni pracują nad systemem żagli pokrytych panelami fotowoltaicznymi. Podobną technologię o nazwie EnergySail rozwija także pochodząca z Japonii firma Eco Marine Power. W pierwszej kolejności chwytające wiatr i słońce żagle mają być montowane na potężnych masowcach, statkach transportujących pojazdy i dużych statkach pasażerskich. Oszczędność zużycia paliwa ma sięgać 10%. Przedsiębiorstwo pracuje też nad wersją przeznaczoną dla mniejszych jednostek, jak promy, statki rybackie, a nawet jednostki autonomiczne, które prawdopodobnie pojawią się na wodach w niedalekiej przyszłości. EnergySail podobnie jak żagle Wind Challenger można złożyć w razie potrzeby. W tym roku odbędą się testy morskie wynalazku. Przedsiębiorstwo pracuje też nad kompleksowym projektem statku ekologicznego, łączącym sterowane komputerowo żagle z zaawansowanym napędem elektrycznym i innymi metodami oszczędzania oraz odzyskiwania energii, co ma zaowocować aż 40-procentowym ograniczeniem zużycia paliwa.

W górę

Mimo że na oceanicznych trasach często mocno wieje, to prędkość wiatru tuż nad wodą jest o wiele mniejsza niż wyżej. Zjawisko to chcą wykorzystać konstruktorzy latawców przeznaczonych do ciągnięcia statków, a pomysł ten w zasadzie przypomina kitesurfing.

Firma SkySails, która dysponuje najbardziej zaawansowaną technologią w tej dziedzinie, podaje, że jej latawce o powierzchni kilkuset metrów kwadratowych generują siłę aż 25 razy większą w przeliczeniu na metr kwadratowy niż tradycyjne żagle. I nawet tak duży sterowany komputerowo latawiec można łatwo rozłożyć i zwinąć, a w powietrzu wykonuje on ruch w kształcie cyfry 8, co pozwala uzyskać maksymalną siłę ciągnącą statek z danej powierzchni żagla. Firma uważa, że zagwarantuje to oszczędność paliwa rzędu 10–35%. System wymaga jednak bardziej sprzyjających wiatrów niż tradycyjny żagiel, ale już przy wietrze z boku poradzi sobie bardzo dobrze. Jego dodatkową zaletą w porównaniu z żaglami jest to, że praktycznie nie powoduje przechylenia statku. Urządzenie jest przy tym uniwersalne, choć konstruktorzy widzą jego zastosowanie przede wszystkim na różnego rodzaju statkach towarowych. I działa już na czterech tego typu jednostkach, z których największa to masowiec „Aghia Marina” o długości 170 m.

Kręć się

Duże płaskie powierzchnie, jak żagle czy latawce, to niejedyny sposób na uzyskanie siły z wiatru. Pozwala na to także obracający się pionowy cylinder zwany rotorem Flettnera. Wykorzystuje on tzw. efekt Magnusa, który pojawia się, gdy strumień cieczy lub gazu opływa obracający się przedmiot. To za jego przyczyną podkręcone piłki skręcają w locie.

Pierwsze statki napędzane za pomocą takiego rotora były testowane już na początku XX w., lecz nie zyskały popularności. Pomysł powrócił jednak niedawno w nowoczesnej formie. W 2010 r. służbę rozpoczął statek towarowy „E-Ship 1” o długości 130 m i nośności 10 tys. t, zbudowany przez niemiecką firmę Enercon, zajmującą się konstrukcją turbin wiatrowych. Wyposażono go w cztery rotory o wysokości 27 m i średnicy 4 m. Według Enercon oszczędność paliwa „E-Ship 1” sięga w sprzyjających warunkach 15%.

Teraz obracające się „żagle” mają szansę upowszechnić się pod nazwą Rotor Sail dzięki wysiłkom firmy Norsepower, która zamierza wprowadzać je szeroko na rynek. „Widzimy duży potencjał naszej technologii. Jeśli 20 tys. istniejących statków zostałoby w nią wyposażonych, stanowiłoby to mniej więcej jedną trzecią globalnej floty morskiej. A ponieważ Norsepower szacuje, że pozwala ona na 10–15-procentowe zmniejszenie emisji dwutlenku węgla przez statek, oznaczałoby to w skali świata 5-procentowe ograniczenie tej emisji” – powiedział „Wiedzy i Życiu” prezes Norsepower Tuomas Riski. Swoje przewidywania firma opiera m.in. na przeprowadzonych już kompleksowych testach rotorów na pokładzie towarowego MS „Estraden”. Jeszcze w tym roku technologia Rotor Sail ma trafić na jeden z najbardziej przyjaznych środowisku statków wycieczkowych „Viking Grace”, należący do firmy Viking Line, która zapowiedziała też budowę nowego wycieczkowca z obrotowymi „żaglami”. Wkrótce mają też rozpocząć się testy zestawu dwóch rotorów na tankowcu należącym do firmy Maersk. Norsepower rozpoczął również pracę z holenderskim przedsiębiorstwem C-Job Naval Architects nad drobnicowcem wyposażonym w obrotowe żagle.

Sposobów na wykorzystanie sił natury jest więc kilka i, jak pokazują pierwsze maszyny, dzięki nowoczesnym technologiom można będzie z nich korzystać w XXI w. Niedaleka przyszłość pokaże, czy metody te się sprawdzą w dłuższej perspektywie i w jakim stopniu przyczynią się do zachowania środowiska w dobrym stanie.

Marek Matacz
niezależny dziennikarz popularnonaukowy, z wykształcenia biotechnolog

01.05.2018 Numer 5/2018

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną