Czasem przyszłość nie wygląda jak coś zupełnie nowego. Nie ma kształtu reaktora fuzyjnego, samolotu hipersonicznego ani futurystycznego napędu, a zamiast tego przypomina ideę, którą ludzkość już kiedyś porzuciła, bo znalazła coś wygodniejszego, mocniejszego i bardziej przewidywalnego. Mam wrażenie, że technologia regularnie wykonuje takie dziwne pętle, w których najpierw śmiejemy się ze starych rozwiązań, potem uznajemy je za muzealny etap rozwoju, a na końcu wracamy do nich z czujnikami, algorytmami i materiałami, których dawniej po prostu nie mieliśmy. Najlepiej widać to tam, gdzie do gry wkracza skala.
Żagle wracają na statki, ale daleko im do pierwowzorów
W centrum tej historii jest projekt reSail prowadzony przez SINTEF, który nie próbuje sprzedać romantycznej wizji powrotu do epoki kliprów. Mowa tutaj o systemach WAPS, czyli napędach wspomaganych wiatrem, które nie są byle materiałowymi płachtami na masztach. Są to wysokie, przemysłowe konstrukcje, które mają wspierać klasyczny napęd statku i zmniejszać zużycie paliwa. Na chemikaliowcu Bow Olympus należącym do Odfjell montażu doczekały się aż cztery ssące żagle bound4blue eSAIL, a każdy z nich ma 22 metry wysokości, co mniej więcej odpowiada wysokości siedmiopiętrowego budynku. Wszystko to na pokładzie statku, który nadal ma normalnie pracować, manewrować i przewozić ładunek.
Czytaj też: 400 metrów stali na gaz. Największy statek na LNG ruszył w trasę i ma pewien sekret
Oczywiście branża morska nie wraca do żagli z sentymentu. Wraca, bo wodór, amoniak, metanol, biopaliwa i elektryfikacja mają swoje problemy, a przy największych jednostkach każdy z tych problemów rośnie razem z masą statku, zasięgiem i wartością przestrzeni ładunkowej. Opisywałem to przy największym statku na LNG, gdzie sama skala jednostki pokazuje, że “zielona żegluga” jest jeszcze bardzo odległa. LNG może ograniczać część emisji i poprawiać bilans względem cięższego paliwa, ale nie kończy całej drogi ku lepszym statkom. Amoniak kusi zaś brakiem emisji dwutlenku węgla przy spalaniu, ale wymaga większych zbiorników, ostrożności przez toksyczność i całej infrastruktury, której nie da się rozstawić na świecie z dnia na dzień. Pisałem już o tym przy amoniakowym silniku morskim, bo tam fizyka bardzo szybko sprowadza rozmowę z poziomu nadziei do poziomu konkretnego projektu statku.
Wiatr ma zaś jedną przewagę – nie trzeba go produkować w elektrolizerze, schładzać, transportować, bunkrować ani przechowywać w skomplikowanych zbiornikach. Nie zastąpi oczywiście głównego napędu na każdej trasie i w każdych warunkach, ale może odciążyć silniki tam, gdzie warunki są korzystne.
Rotor, skrzydło i ssący żagiel. Przyszłość statków ma kilka twarzy
Współczesne żagle dla dużych statków można z grubsza podzielić na trzy grupy. Pierwsza to rotory, czyli wysokie obracające się cylindry wykorzystujące efekt Magnusa. Silnik obraca cylinder, wiatr opływa go z różną prędkością po obu stronach, powstaje różnica ciśnień i statek dostaje dodatkową siłę napędową. Druga grupa to żagle skrzydłowe, działające podobnie jak skrzydło samolotu, tylko że są ustawione pionowo. Zamiast generować siłę nośną do góry, pomagają pchać jednostkę do przodu. Trzecia grupa, szczególnie ważna dla reSail i Bow Olympus, to żagle ssące, w których wentylator dodatkowo zasysa powietrze przy tylnej części profilu, zwiększając tym samym różnicę ciśnień i wzmacniając efekt aerodynamiczny.
Wszystko brzmi banalnie, ale tylko do momentu, w którym przypomnimy sobie, że statek nie jest modelem w idealnym strumieniu powietrza. Ma nadbudówkę, kominy, kontenery, rurociągi, relingi, zmienny kurs, fale, przechyły i wiatr, który nie zachowuje się przewidywalnie. Dlatego też wspomniany Bow Olympus nie jest więc tylko demonstracją “ładnych żagli na pokładzie”. Jest ruchomym laboratorium, na którym mierzy się to, co w tej technologii najtrudniejsze – zachowanie wiatru w pobliżu wielkiej, nieregularnej maszyny.
Niby więc dziś wracamy do żagli, ale zamiast marynarza patrzącego w niebo mamy LiDAR, efekt Dopplera, pomiary przed instalacją i po instalacji oraz modele testowane w tunelu aerodynamicznym NTNU. LiDAR wysyła wiązki laserowe, które odbijają się od cząstek pyłu i aerozoli w powietrzu, a zmiana częstotliwości odbitego światła pozwala określić prędkość i kierunek wiatru względem statku. Nie jest to romantyczne żeglowanie, jak na żaglówce na jeziorze, a zaawansowana optymalizacja aerodynamiki giganta.
Nie takie łapanie wiatru w żagle proste, jak mogłoby się wydawać
Wynik żagli na statkach zależy od trasy, pogody, prędkości, obciążenia, pozycji na pokładzie i sposobu sterowania. Właśnie dlatego w źródłach pojawia się tak szeroki zakres możliwych oszczędności paliwa i emisji – od 2 do 25 procent. Taki rozrzut nie mówi, że technologia nie działa. Mówi raczej, że nie wolno jej traktować jak uniwersalnej nakładki, którą da się przykręcić do dowolnego statku bez dobrego namysłu i przygotowania. Zwłaszcza że oszczędności na poziomie 2-25% w skali gigantycznych jednostek są ogromne zarówno po stronie zużycia paliwa, jak i kosztu danego rejsu.
Czytaj też: Statki widmo są dziś plagą. Taka sankcyjna flota lubi ciszę, ale AIRIS ją przerwie
Mam wrażenie, że to jest najbardziej uczciwy aspekt całego projektu reSail. Nie ma tu udawania, że cztery wysokie konstrukcje na pokładzie automatycznie załatwią dekarbonizację żeglugi. Jest za to próba zrozumienia, gdzie je postawić, jak nimi sterować, jak przewidywać wiatr zanim dotrze do żagla i jak włączyć cały system w codzienną eksploatację statku. Badania już wykazały, że standardowy profil wiatru, często wykorzystywany w uproszczonych analizach, nie oddaje tego, co dzieje się w pobliżu dużej jednostki. Sam statek i sam system żagli zmieniają przepływ powietrza.
Wszystko to sprawia, że żagle ewidentnie nie będą jedyną odpowiedzią na problem transportu morskiego. Bardziej prawdopodobny scenariusz wygląda jak układ wielu niedoskonałych rozwiązań, które wspólnie zrobią różnicę. Wiatr jest jednak szczególny, bo nie konkuruje z ładunkiem w taki sam sposób jak paliwo o niższej gęstości energetycznej. Tak, żagle zajmują miejsce, zwiększają złożoność konstrukcji, wpływają na manewrowanie i mogą komplikować operacje portowe. Jednak nie trzeba ich tankować. Nie wymagają też budowy globalnej sieci nowych paliw od podstaw, a na dodatek da się je montować na istniejących jednostkach. W przypadku Bow Olympus prace w stoczni EDR Antwerp trwały dwa dni, ale poprzedziło je planowanie związane z rurociągami, strefami bezpieczeństwa i ograniczeniami wysokości jednostki.
Czytaj też: 10800 aut na jednym statku. Chińczycy pobili rekord świata w transporcie morskim
Dlatego traktuję nowoczesne żagle nie jako wielki powrót przeszłości, tylko jako jedną z bardziej rozsądnych technologii pomostowych. Są za to brutalnie pragmatyczne. Jeśli statek i tak płynie przez obszar, w którym wieje, grzechem byłoby nie próbować tej energii odzyskać. Tym bardziej, że nawet kilkunastoprocentowa oszczędność paliwa w długich rejsach potrafi przełożyć się na ogromne ilości niewypalonego paliwa i niższe opłaty regulacyjne. Największe statki świata nie wrócą jednak do dawnych żagli. Wrócą do idei żagla po przejściu przez laboratorium, tunel aerodynamiczny i analizę danych. Mam wrażenie, że właśnie w tym tkwi najciekawsza ironia. Przyszłość żeglugi nie musi wyglądać jak zerwanie z przeszłością. Czasem może wyglądać jak bardzo stare rozwiązanie, które dopiero teraz dostało narzędzia, żeby pokazać pełny sens.
Źródła: SINTEF
