W lutym zostanie zwodowany największy na świecie katamaran napędzany wyłącznie energią słoneczną. Będzie miał 30 m długości, a na pokładzie 470 m2 paneli słonecznych. W 2011 roku popłynie dokoła świata. A jeżeli trafi na pochmurną pogodę? Konstruktorzy się tym nie martwią. Energia zmagazynowana w akumulatorach wystarczy łodzi na 1000 km. Później zostaje jedynie pomoc statku ratunkowego, zwykle asekurującego tego typu próby…
Katamaran ma rozwijać średnią prędkość 8 węzłów (15 km/godz.). To niewiele, zważywszy, że nowoczesne kontenerowce pływają z prędkością ponad 20, a masowce ok. 15 węzłów. Ale w tym przypadku liczy się nie ilość wytwarzanej energii, ale jej „czystość”.
Konstruktorzy i pomysłodawcy katamaranu (a wśród osób zaangażowanych m.in. Jean Verne, prawnuk Juliusa) chcą przekonać świat, że ekologiczny transport morski jest możliwy. Wiele osób podziela ten pogląd – statki napędzane energią słoneczną budzą coraz większe zainteresowanie. Najlepszy dowód to prestiżowa nagroda magazynu „Lloyd’s List” dla najlepszego statku roku 2009.
EKOLIPA?
8 września 2009 r. w londyńskim hotelu Royal Lancaster zgromadzili się wszyscy, którzy coś znaczą w morskim interesie: armatorzy, przedstawiciele stoczni, portów i marynarzy. Były smokingi, piękne suknie i flesze reporterów, jak zwykle na rozdaniu prestiżowych nagród magazynu „Lloyd’s List”. Choć kategorii było wiele, wszyscy czekali na tę jedną: statek roku. W końcu padły magiczne słowa: And the winner is… M/V Auriga Leader!
Ten należący do japońskiego armatora NYK Lines statek na pierwszy rzut oka wygląda niepozornie. Ot, zwyczajny 200-metrowy samochodowiec do przewozu 6400 pojazdów. Największe statki tej klasy transportują o 1600 aut więcej! Wystarczy jednak spojrzeć na jednostkę z lotu ptaka, by zrozumieć, co sprawiło, że sędziowie uznali statek za „nadzwyczajny”. Pokład wyłożono 328 panelami słonecznymi.
Wprowadzenie statku do eksploatacji wywołało entuzjazm ekologów. A jednak ten optymizm nie jest do końca uzasadniony. Bo panele generują 0,05 proc. energii potrzebnej, by napędzić statek i 1 proc. na pozostałe potrzeby np. oświetlenie. Trochę mało… „Uważam, że panele na Auriga Leader to tylko chwyt marketingowy” – mówi projektant statków Krzysztof Czerski z Hamworthy Baltic Design Centre w Gdyni. – „Wytwarzają tak znikomą ilość prądu, że koszt ich instalacji i podłączenia do okrętowej sieci energetycznej – 1,6 mln dolarów! – wielokrotnie przewyższa zyski z tytułu energii słonecznej”. Mimo to armator wydaje się zadowolony i zapowiada kontynuację eksperymentu. „To ważny krok poznawczy, nawet jeśli jego znaczenie ekonomiczne jest obecnie niewielkie” – tłumaczy Tomasz Tarasiuk z Katedry Elektroenergetyki Okrętowej Akademii Morskiej w Gdyni.
SŁONECZNE SKRZYDŁA
Jak widać w przypadku dużych staków, samo słońce jako źródło energii może nie wystarczyć. Dlatego warto pomyśleć o połączeniu kilku rodzajów ekologicznego napędu. Na pomysł jednoczesnego wykorzystania wiatru i słońca wpadli Australijczycy z firmy Solar Sailor. Co więcej, zrealizowali pomysł w praktyce. Sydney Solar Sailor, 21-metrowy katamaran zdolny do przewożenia 100 osób, od 2000 r. pływa jako prom pasażerski w Sydney. Pod pokładem znajduje się hybrydowy napęd, składający się z dwóch silników elektrycznych połączonych z osiemdziesięcioma akumulatorami. Całość przypomina więc samochodzik na popularne baterie-akumulatorki. Gdzie ładowarka? Przy dobrej pogodzie z dachu katamaranu wysuwa się 8 sterowanych przez komputer skrzydeł słonecznych. Są to żagle wyłożone ogniwami fotowoltaicznymi. Wyglądają jak odnóża gigantycznego owada, ale ich działanie bardziej przypomina liście rośliny – same kierują się ku słońcu. Komputer decyduje o optymalnym ustawieniu skrzydeł, by uzyskać maksymalną wydajność paneli. I to właśnie klucz do sukcesu. „Gratuluję projektantom Auriga Leader nagrody, ale ich panele leżą płasko i nie mogą śledzić słońca” – przekonuje do swego rozwiązania Robert Dane, dyrektor generalny i założyciel firmy, w rozmowie z „Focusem”.
Dodatkowo skrzydła działają jak tradycyjne żagle i wspomagają napęd katamaranu. Przy wietrze wiejącym z prędkością 20 węzłów żagle są w stanie rozpędzić statek do 3–6 węzłów. Niewiele, ale na żeglugę przybrzeżną wystarczy. Są zaprojektowane tak, by wytrzymać podmuchy wiatru dochodzące do 40 węzłów (producenci zapewniają, że w rzeczywistości wytrzymają i napór równy 56 węzłom – czyli ok. 104 km/godz.), jednak dla bezpieczeństwa komputer składa je przy 33 węzłach (61 km/godz.). W bezwietrzny wieczór prom może płynąć dwie godziny, wykorzystując prąd z akumulatorów. Na pokładzie znajduje się również generator spalinowy zasilany ciekłym gazem ziemnym (LNG), pozwalający na żeglugę niezależnie od pogody.
Płetwowiec na fali
17 marca 2008 r. z portu w Honolulu wyrusza Suntory Mermaid II. 110 dni później i 7800 km dalej łódź wpływa do Nishinomiya w Japonii. Przeciętna prędkość: 1,6 węzła (ok. 3 km/godz.). Nie byłoby się czym chwalić, gdyby nie fakt, że właśnie zakończył się pierwszy oceaniczny rejs jednostki napędzanej wyłącznie energią fal.
Suntory Mermaid zaprojektował dr Yutaka Terao z uniwersytetu w Tokai w Japonii. Napęd znajduje się z przodu łodzi pod kadłubem. Składa się z dwóch specjalnych płetw połączonych ze wspornikami i sprężynami. Mechanizm zabezpieczają aluminiowe ścianki – całość wygląda więc jak szyb windy. Płetwy sprężynują, wypychając jacht do przodu. Ich działanie przypomina ruchy delfina. „Łódka unoszona jest na każdej fali w górę i w dół, a odpowiednio ukształtowana i ustawiana pod odpowiednim kątem płetwa generuje napęd” – tłumaczy dr Przemysław Krata. Czy energię fal mogą wykorzystać statki handlowe? Dr Terao w rozmowie z „Focusem” jest optymistą: „Oczywiście, czyż ta podróż tego nie udowodniła?” – pyta. Ale dr Krata ma wątpliwości: „Duży statek nigdy nie popłynie jak Suntory Mermaid, bo nie kiwa się na falach wystarczająco mocno” – tłumaczy. – „I całe szczęście, bo ładunek i konstrukcja, by tego nie wytrzymały. Poza tym im większy będzie statek, tym wolniej popłynie, wykorzystując ten napęd. Czy jakiś klient zamówi przewóz kontenera z USA, który będzie płynął do Europy prawie rok?”.
Na przeszkodzie rozwoju tej formy transportu stoją duże koszty. Przedstawiciele firmy Solar Sailor sami przyznają, że cena budowy promu dla 149 pasażerów w tej technologii (3,4 mln USD) niemal dwukrotnie przekracza sumę, którą trzeba wydać na tradycyjną jednostkę (1,8 mln USD). Inwestycja ma się jednak zwrócić – według wykresów zamieszczonych na stronie internetowej producenta statek oszczędza zarówno na paliwie, jak i kosztach eksploatacji (w ciągu 15 lat aż 6 mln USD). Mimo to obecnie pływa zaledwie jeden egzemplarz. Robert Dane nie traci jednak entuzjazmu. „W tej chwili budujemy pięć statków – 4 dla armatora z Hongkongu i jeden dla Szanghaju. Pierwsza jednostka właśnie przechodzi testy w Chinach” – opowiada. – „W przyszłości, gdy opracujemy lepsze sposoby magazynowania energii, np. wydajniejsze akumulatory czy zbiorniki z wodorem, statki będą mogły pływać, wykorzystując jedynie skrzydła solarne” – przekonuje.
Robert Dane zaraził swoim optymizmem inwestorów. Jesienią 2008 r. morski światek obiegła wiadomość, że Solar Sailor podpisał umowę z jednym z największych armatorów na świecie – chińskim COSCO (właściciel ponad 130 jednostek) – na dostarczenie skrzydeł dla tankowca i masowca. Niestety – jak przyznaje Dane – tempo prac drastycznie spadło, ale „trwają rozmowy z dwoma innymi partnerami” – zapewnia. Przekonuje, że inwestycja się zwróci, gdyż „energia słoneczna pozwoli zaoszczędzić 3–5 proc., a wiatr 20–40 paliwa rocznie”. A to gigantyczne pieniądze. Dla porównania masowiec o nośności 70 tys. ton przy prędkości 14 węzłów dziennie zużywa 30 t ciężkiego paliwa okrętowego (ok. 475 USD za tonę) i 2 t oleju napędowego (630 USD). Optymizmu Australijczyków nie podziela dr Przemysław Krata z Katedry Eksploatacji Statku Akademii Morskiej w Gdyni. „W praktyce należy się spodziewać oszczędności rzędu 10–20 proc., a jedynie na wyjątkowo korzystnych liniach w strefie pasatowej (nie za silne i nie za słabe wiatry) można osiągnąć do 40 proc. oszczędności” – twierdzi.
POWIEW PRZYSZŁOŚCI
Oszczędność paliwa interesuje przede wszystkim armatorów, ekolodzy zaś marzą o statku, który całkowicie wyeliminuje emisję zanieczyszczeń. Wychodząc im naprzeciw, 5 lat temu norweska firma Wallenius Wilhelmsem Logistics na zamówienie Toyoty zaprezentowała na targach World Expo statek przyszłości – pentamaran do przewozu samochodów Orcelle. Jego ekologiczność została podkreślona w nazwie – zwyczajowy przedrostek M/V – motor vessel (statek silnikowy) zastąpiono E/S – environmentally sound ship (statek bezpieczny dla środowiska). Projekt zakłada wykorzystanie wyłącznie alternatywnych źródeł napędu.
Na pokładzie Norwegowie umieścili trzy ogromne żagle o łącznej powierzchni 3200 m2 (rekordowa powierzchnia żagli – ponad 5200 m2 – znajduje się na Royal Clipper zaprojektowanym przez Zbigniewa Chorenia). Dodatkowo – jak w przypadku koncepcji Solar Sailor – wyłożono je panelami słonecznymi. Pod kadłubem umieszczono 12 płetw, które mają wykorzystywać energię fal do przemieszczania statku, a także do produkcji elektryczności. Statek na płetwy? Czy to możliwe? Tak: w 2008 roku Kenichi Horie na jachcie o napędzie płetwowym przebył ponad 7800 km, a więc ta technika działa, choć jest niewydajna (patrz ramka str. 90). Jednak ponad 50 proc. energii potrzebnej do poruszania się mają dostarczać ogniwa paliwowe zasilane wodorem. Na razie to (bardzo) daleka przyszłość.
W tej chwili wodór niespecjalnie sprawdza się jako paliwo dla statków. Na Elding, łodzi do obserwacji wielorybów, pływającej u brzegów Islandii, zamontowano ogniwo paliwowe zasilane wodorem. Dostarcza prąd do systemów pomocniczych: nawigacji, oświetlenia itp. „Chodzi o to, żeby wyłączyć główny silnik, gdy jednostka zbliży się do wielorybów, tak by goście mogli usłyszeć zwierzęta” – tłumaczy Eva Maria z Elding Whale Watching Company. Jednak jak na razie daleko do pełnego sukcesu. „Generator nie działa zbyt dobrze i zdarzały nam się problemy na morzu – przyznaje. – Poza tym projekt jest bardzo drogi”. Porażka H2 nie dziwi dr. Przemysława Kraty. „Są spore problemy z przechowywaniem wodoru; skroplony gaz może znajdować się w zbiorniku krótko. Użycie wodoru ma zapewne sens w przypadku motoryzacji, ale statki muszą być autonomiczne, bo nie zawijają do portu co kilka dni. Chyba, że ktoś wymyśli rewolucyjny sposób przechowywania lub uzyskiwania tego gazu”. Projektaci Orcelle liczą na ten przełom.
Ciekawy jest sam system napędowy zaproponowany przez norweskich inżynierów. W Orcelle brak tradycyjnego silnika i śruby napędowej z tyłu. Zamiast tego projektanci proponują 2 pędniki gondolowe (czyli takie, w których silnik napędzający śrubę jest z nią zintegrowany) – jeden z przodu, drugi z tyłu jednostki. Są one umieszczone na obrotowym wysięgniku, co zwiększa zdolność manewrową statku.
Orcelle ma przewozić 10 tys. samochodów na 85 tys. m2 przestrzeni ładunkowej, a więc więcej niż dzisiejsze giganty. Aż trudno w to uwierzyć, skoro – jak przyznaje w rozmowie z „Focusem” Per Brinchmann, dyrektor zarządzający Wilhelmsem Marine Consultants, firmy współpracującej przy projekcie – „na statku przeznaczono ogromne przestrzenie na przechowywanie wodoru i ogniwa paliwowe, o wiele większe niż te zajmowane przez systemy o podobnej funkcji na zwykłych jednostkach”. W dodatku nośność Orcelle to zaledwie 13 tys. t. Przeciętny samochód waży około 1,2 t, a więc ciężar samego ładunku wynosiłby 12 tys. t! A co z wodorem, zapasami, załogą? Dla porównania nośność M/V Faust, przewożącego 8 tys. samochodów, to ponad 30 tys. t! Wygląda na to, że projektanci założyli, że samochody przyszłości będą lżejsze. Tymczasem ciężar pojazdów hybrydowych bynajmniej nie spada – Toyota Prius waży ok. 1380 kg…
Technologia niezbędna do powstania Orcelle miała być dostępna w 2025 r. W tej chwili projektanci są jeszcze ostrożni. „Nie sądzimy, że statek taki jak Orcelle wyruszy w rejs w 2025 r., ale mamy nadzieję, że będziemy wtedy znacznie bliżsi stworzenia czystego samochodowca” – tłumaczy Brinchmann.
Ile potrzeba kadłubów?
Efektowne statki przyszłości – Orcelle czy Eoseas (focus 6/2009) – to zazwyczaj wielokadłubowce. Czy więcej znaczy w tym przypadku lepiej – wyjaśnia dr Przemysław Krata, Katedra Eksploatacji Statku Akademii Morskiej w Gdyni
Statki wielokadłubowe są cięższe niż jednokadłubowce o porównywalnej nośności. Więc mogą zabrać mniej ładunku. Każdy m3 stali waży 8 t, człowiek 80–90 kg, a zajmuje w kabinie kilka m3. Do tego dochodzi miejsce w hallach, kinach itp. Czyli transport ludzi to głównie wożenie powietrza i statek może być ciężki. Wielokadłubowce najlepiej spisują się przy dużych prędkościach. Dlaczego? Żeby płynąć, trzeba pokonać opór wody związany z tarciem kadłuba o wodę i marnowaniem energii statku na wytwarzanie fal. Opór wynikający z tarcia jest dla wielokadłubowców większy niż dla zwykłych statków o podobnej nośności, bo większa powierzchnia kadłuba pozostaje pod wodą. Ale część falową oporu można zredukować poprzez umiejętne dobranie kształtu kadłubów i odstępu między nimi. Gdy statek płynie powoli, większość oporu przypada na tarcie i jednokadłubowce mają przewagę. Jednak przy dużych prędkościach najważniejszy jest opór falowy. Dlatego armatorzy wybierają wielokadłubowce wtedy, gdy klient dopłaci za szybszy transport towaru (np. samochodów czy pasażerów).
KONTENEROWIEC SKŁADANY
O ile w projekcie Norwegów roi się od słów „jeśli”, „pod warunkiem”, o tyle głównym założeniem najnowszej propozycji firmy NYK Line jest wykonalność. Armator, do którego należy Auriga Leader, wiosną 2009 r. przedstawił swoją wersję kontenerowca przyszłości. Choć Super Eco Ship 2030 wygląda futurystycznie, konstrukcja takiej jednostki w 2030 r. wydaje się osiągalna.
Ponad 350-metrowy Super Eco Ship przewiezie 8 tys. kontenerów. Jak na dzisiejsze standardy to sporo, choć do rekordzistów mu daleko (Emma Maersk może przetransportować do 15 tys.). Co najważniejsze, nowy statek zredukuje emisję CO2 na kontener na milę morską aż o 69 proc. w porównaniu z jednostkami starego typu. W jaki sposób Japończycy pragną osiągnąć ten cel? Po pierwsze statek ma być wyposażony w ogniwa paliwowe zasilane wodorem. Produkcja niezbędnego do ich funkcjonowania pierwiastka będzie odbywała się na pokładzie. W procesie reformingu parowego ciekły gaz ziemny rozpadnie się na wodór i właśnie dwutlenek węgla (ale będzie go o 33 proc. mniej niż przy napędzie wykorzystującym współczesne paliwo okrętowe). System ten dostarczy 44 MW, czyli tyle, ile potrzeba do poruszania się statku.
Dodatkowy napęd zagwarantuje osiem składanych żagli o łącznej powierzchni 4 tys. m2. Podobnie jak w przypadku australijskich skrzydeł słonecznych na żaglach znajdą się ogniwa fotowoltaiczne. Również cały pokład statku (także z boku) ma zostać wyłożony panelami – w sumie mają one zająć 31 tys. m2 i wytwarzać średnio ok. 1,6 MW, czyli – jak wyliczyli Japończycy – zaspokajać 2 proc. wszystkich potrzeb energetycznych jednostki.
Dodatkowo, aby zmniejszyć moc potrzebną do napędzania statku, projektanci postanowili wyposażyć Super Eco Ship w urządzenie uwalniające pod kadłubem mikrobąbelki powietrza, zmniejszające tarcie o fale. Wszystko po to, aby ograniczyć zużycie paliwa.
To nie koniec oszczędności. Statki przecież generują koszty nie tylko w czasie rejsu. Opłaty portowe – wynajem dźwigów, keja – przyprawiają armatorów o ból głowy. Za sam postój przy nabrzeżu kontenerowym w Rotterdamie statek o podobnej nośności jak Super Eco Ship (70 tys. ton) musi zapłacić ponad 18 tys. euro za dobę. Japończycy wpadli na pomysł skrócenia czasu spędzanego w porcie o 50 proc.! Specjalna konstrukcja statku umożliwia wynajęcie mniejszej ilości dźwigów. Otóż pokład jest szerszy niż statek; przekrój jednostki przypomina nieco literę T. Dzięki temu, że sufit jest szerszy niż kadłub, dźwigi zainstalowane na statku mogą stawiać towar bezpośrednio na kei bez pomocy z zewnątrz (podobny system działa od lat m.in. na statkach należących do armatora Gearbulk – w tym wypadku suwnice stoją na pokładzie). Obydwa systemy rozładunkowe mogą działać równocześnie, skracając czas opróżniania ładowni.
Ponadto Super Eco Ship to statek o konstrukcji modułowej – składa się z 4 części – dziobu, rufy i dwóch środkowych elementów, w których znajdują się ładownie. Można więc wyobrazić sobie sytuację, kiedy w porcie zostaje jedna para ładowni, a dziób i rufa, z nowym zestawem, płyną dalej po towar. Warto się jednak zastanowić, czy taki manewr przyniesie oszczędności, skoro za przechowywanie pozostawionych modułów również będzie trzeba zapłacić… Chyba że w roku 2030 będziemy mieli do czynienia nie tylko z innymi statkami, ale i portami, stosującymi odrębne taryfy dla ekojednostek. W tej chwili pozostaje tylko jedno rozwiązanie – uzbroić się w cierpliwość i poczekać.