Vėjas, senovėje visus laivus gynęs per jūras, dabar ruošiasi sensacingai sugrįžti. Apginkluoti lanksčiomis metalinėmis burėmis ir milžiniškais aitvarais, net didžiuliai krovininiai laivai galės kirsti vandenynus nedegindami jokio kuro. Vėjo jėga naftą ryjančius variklius pasiųs į pensiją.

Prieš 5 tūkst. metų nedidelė grupelė austroneziečių sėdo į vėju varomus laivus ir iškeliavo iš Taivano. Jie tapo pirmaisiais, nukeliavusiais tūkstančius kilometrų nuo gimtosios žemės ir kolonizavusiais didžiąją dalį Azijos. Nors vėju varomi laivai dabar dažniausiai naudojami tik pramogai, netrukus ši gamtos jėga vėl iš esmės pakeis laivininkystę.

Pastaraisiais šimtmečiais beveik visus planetos laivus varė iškastinis kuras (pirmiausia anglis, vėliau nafta). Tokie laivai smarkiai teršia aplinką. Kasmet jūrų transportas išmeta 940 mln. t anglies dvideginio. Todėl inžinieriai iš viso pasaulio kuria naujos kartus laivus, kurie vėl plauktų naudodami tik vėjo jėgą. Laimė, šie projektai sulaukė ir finansavimo: burlaivių vystymui ES skyrė 5,4 mln. eurų.

Drobinės burės jūreiviams puikiai tarnavo ilgus šimtmečius, tačiau šiandien jas keičia į lėktuvų sparnus panašios konstrukcijos, aitvarai ir besisukantys cilindrai. Kai kurių naujųjų laivų visas korpusas yra lėktuvo sparnų formos, kad išnaudotų vėjo jėgą. Jau dabar šios technologijos taikomos dyzelinu varomuose laivuose, o vos po penkerių metų Atlantą kirs pirmieji vien vėju varomi krovininiai laivai.

Krovininiai laivai godžiai ryja naftą

Konteineriniai laivai po visą planetą plukdo viską – nuo kompiuterių iki bananų. Devyni dešimtadaliai parduotuvėse parduodamų prekių yra atplukdytos krovininiais laivais. Šimtus metrų ilgio siekiančių laivų propelerius suka milžiniški iškastinio kuro varikliai.

Vienas iš didžiausių planetos konteinerinių laivų – 397 m ilgio „Emma Maersk“. Jis turi 2300 t 14 cilindrų variklį, kurio galingumas siekia 108 640 AG. Per valandą šis milžiniškas įrenginys suvartoja 25 tūkst. l naftos. Tiršta ir tarši laivų bunkeriuose vežama nafta šiandien yra pagrindinis krovininių laivų kuras. Jos energinio tankio pakanka milžiniškiems konteineriniams laivams plukdyti per vandenynus. Kasdien visi pasaulio krovininiai laivai suvartoja tiek naftos, kiek per trečdalį dienos pagamina Saudo Arabija. Kitaip tariant, didelis toks laivas paprastai per dieną „suryja“ maždaug 200 tūkst. l naftos – iš tokio jos kiekio pagamintos energijos pakaktų 50 tūkst. namų aprūpinti elektra.

Krovininiai laivai vis dar pigesni ir ekologiškesni nei oro transportas, tačiau laivybos pramonė vis tiek išskiria 2,5–3 % visos planetos CO2 išmetalų. Todėl Tarptautinė jūrų organizacija (IMO) siekia, kad laivybos pramonė iki 2050 m. (palyginti su 2008 m.) bent 50 % sumažintų išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį.

Jei nesiimsime veiksmų dabar, prognozuojama, kad 2050 m. išmetalų padaugės 50–250 %, nes pasaulinė prekyba tik auga.

Sparnuoti laivai

Kad milžiniški laivai galėtų skrosti vandenynus nenaudodami iškastinio kuro, inžinieriai turi sukurti dyzelinio variklio pakaitalą. Populiarėja elektromobiliai, jau paleisti ir pirmieji vien akumuliatoriais maitinami elektriniai laivai.

Tačiau laivybos pramonei vien akumuliatorių negana, nes šiuo metu jie negali pasiekti tokio energijos kilograme kiekio, kokį didieji laivai gauna iš naftos pagrindu pagaminto kuro. Vidutinis konteinerinis laivas per dieną suvartoja tiek energijos, kiek turi 10 tūkst. elektromobilių „Tesla S85“. Kadangi vien akumuliatoriuose sukauptos elektros kelionėms nepakanka, inžinieriai vėl atsigręžė į vėją, kuris galėtų tapti pagrindiniu laivybos varikliu. Prie to ypač prisideda tikslesni duomenys apie vėjus bei galingesni kompiuteriai. Naudojant trimačius kompiuterinius modelius sukurtas aerodinamiškas dizainas leis milžiniškus laivus varyti vėjo jėga.

Nauja vėju varomų laivų karta bus sukurta pasitelkiant galingus kompiuterius. Jie apskaičiuoja, kaip skysčiai ir dujos (pvz., oras) teka pro įvairius paviršius bei kampus ir kaip lėtėja ar greitėja. Tai vadinama skysčių dinamika. Inžinieriai taip pat naudoja mašininio mokymosi algoritmus, kurių veiksmingumas didėja jiems gaunant daugiau duomenų.

Taikydami šiuos algoritmus mokslininkai gali pakankamai tiksliai valdyti krovininiuose laivuose sumontuotas naujos kartos bures ir kitokias technologijas. Geras to pavyzdys – laivus tempiantis aitvaras „SeaWing“. 1 000 m2 ploto aitvaras sumontuojamas ant krovininio laivo priekio. Tokius konstruoja bendrovė „Airseas“, įkurta lėktuvų gamintojos „Airbus“. Laivus tempiančiam aitvarui svarbu nuolat gauti tikslius duomenis apie orus. Laive sumontuoti jutikliai šiuos duomenis siunčia 500 m ilgio lynu į aitvaro valdymo bloką. Šiam reguliuojant lynus, valdoma aitvaro padėtis bei judesiai. Norint išnaudoti vėjo jėgą ir nenukrypti nuo kurso, aitvaro padėtis visuomet turi būti koreguojama.

Šis aitvaras tėra viena iš technologijų, kurioms sukurti idėjų semiamasi iš lėktuvų. Kita – Prancūzijos bendrovės „Ayro“ projektuojamos burės „Oceanwings“. Tai variklio ir kompiuterio valdomos vertikaliosios metalinės burės, kurių forma panaši į dviejų lėktuvo sparnų. Burėse esantys jutikliai nuolat fiksuoja vėjo greitį ir kryptį, tada kompiuteris apskaičiuoja optimalų burių pasvyrimo kampą, o variklis jį koreguoja.

Planuojama, kad „Oceanwings“ laivų kuro sąnaudas sumažins iki 42 %. Naujosios burės bus išbandytos su 121 m ilgio laivu, iš Europos gabensiančiu kosminės raketos „Ariane 6“ dalis į raketos pakilimo vietą Prancūzijos Gajanoje (Pietų Amerika).

Nyderlandų inžinieriai taip pat tobulina į vertikalius lėktuvo sparnus panašų dizainą. Bendrovė „Econowind“ sukūrė vertikalų sparną, kurį galima pasukti pagal vėjo kryptį. Taip susidaro maksimalus slėgių skirtumas, galintis nešti laivą į priekį.

Sparno viduje yra siurblys, iš galinio sparno krašto įsiurbiantis šiek tiek oro į konstrukciją ir išmetantis jį sparno viršuje. Taip už sparno susidaro mažesnis slėgis, greičiau pro sparną „siurbiantis“ orą, ir padidėja varomoji galia. Šį sparną galima naudoti konteineriniuose laivuose. Viename tokiame laive du sulankstomi sparnai sumontuoti 40 pėdų ilgio konteineryje. Kai vėjas per silpnas, pučia netinkama kryptimi arba oro sąlygos per prastos, sparnai susilanksto į konteinerį.

Varikliai siunčiami į „pensiją“

Laivų inžinieriai idėjų semiasi ne tik iš orlaivių, bet ir iš tokių senų nebenaudojamų technologijų kaip Fletnerio rotorius. Prieš maždaug 100 metų šį mechanizmą sukūrė vokiečių inžinierius Antonas Flettneris. Nors ši technologija nebuvo sėkmingai pritaikoma, pats principas vertas dėmesio. Fletnerio rotoriai sugrįžta kaip vienas iš mechanizmų naujos kartos burlaiviuose.

Rotorius išnaudoja Magnuso efektu vadinamą fizikos reiškinį. Jis susidaro, kai oras veikia aplink savo ašį besisukantį cilindrą arba rutulį. Toje pusėje, kurioje cilindras sukasi vėjo kryptimi, vėjas greitėja, o priešingoje lėtėja, todėl rutulys arba cilindras stumiamas priešinga kryptimi. Magnuso efektas susidaro, pavyzdžiui, besisukančiam teniso kamuoliukui skriejant oru. Kamuoliuko sukimasis greitina pro vieną pusę skriejantį orą ir lėtina – pro kitą. Greičių skirtumas sukuria didesnį slėgį vienoje kamuoliuko pusėje ir jis stumiamas priešinga kryptimi. Todėl žiūrint iš viršaus atrodo, kad kamuoliukas kildamas į orą sukasi priešinga jo skrydžiui kryptimi. Magnuso efektas susidaro ir dujose (pvz., ore), ir skysčiuose (pvz., vandenyje).

Tokį slėgių skirtumą galima išnaudoti laivuose sumontuojant vertikalius besisukančius cilindrus, kurie pučiant šoniniam vėjui sukurtų varomąją jėgą. Vokietijos vėjo turbinų gamintoja „Enercon“ savo krovininiame laive „E-Ship 1“ sumontavo keturis tokius rotorius. Didžiausia planetos laivybos bendrovė „Maersk“ įrengė du rotorius laive „Maersk Pelican“.

Vėjas grįžta į laivininkystę

Visos dideliuose krovininiuose laivuose šiandien jau pritaikytos vėjo technologijos turi vieną bendrą bruožą. Nors jos ir sumažina iškastinio kuro poreikį, bet dar neleidžia laivams pasikliauti vien vėjo jėga. Per ateinančius penkerius metus tai pasikeis.

Skandinavijos šalių inžinieriai ypač susidomėję šia laivininkystės perspektyva. Jie kuria naujoviškus laivus, kurie bus varomi vien vėju. Išskirtinis pavyzdys – norvegų „Vindskip“. Didelis vertikalus „lėktuviškas“ sparnas varomąją galią sukuria išnaudodamas slėgio skirtumus tarp dviejų pusių. Jis efektyvus net ir tada, kai vėjas pučia iš to šono, iš kur pūsdamas paprastai lėtintų laivą. Todėl „Vindskip“ galės didžiąją laiko dalį plaukti sumažinta variklio galia ir taip sutaupys maždaug 60 % kuro, palyginti su kitais naftą ryjančiais krovininiais laivais. „Vindskip“ yra milžiniškas šuolis siekiant klimatui nekenkiančios laivybos. Dar toliau žengia švedų įmonės „Wallenius Marine“ kuriamas „Oceanbird“.

Planuojama, kad šis 200 m ilgio ir 40 m pločio krovininis laivas per 12 dienų perplauks Atlanto vandenyną, varomas vien vėjo jėga. Tikimasi, kad laivas bus paruoštas 2024 m. ir galės gabenti iki 7 tūkst. automobilių.

„Oceanbird“ turės teleskopines bures, kurių maksimalus aukštis 80 m. Pats laivas sieks 105 m. Burės bus pagamintos iš plieno ir specialių junginių, veikiausiai stiklo pluošto pagrindu. Jos suksis 360 laipsnių aplink savo ašį. Taip bus optimizuojama varomoji jėga pagal vėjo kryptį. Keturių variklių valdomi teleskopiniai lankstai leis bures nuleisti iki 45 m aukščio esant prastoms oro sąlygoms, plaukiant po tiltu ir pan.

„Oceanbird“ turės pagalbinį variklį, kuriuo bus galima naudotis įplaukiant į uostus ir iš jų. Tačiau „Wallenius Marine“ tikina, kad ir tame variklyje bus pritaikytos ekologiškos technologijos. Laivą kuriantys inžinieriai sako, kad „Oceanbird“ į aplinką išmes 90 % mažiau CO2 nei atitinkamo dydžio iškastiniu kuru varomi laivai.

Didžiosios Britanijos transporto ministerijos parengtoje ataskaitoje prognozuojama, kad 2050 m. vėju bus varoma iki 45 % viso planetos laivyno – 40 tūkst. laivų.

Comments are closed.

Pin It