Углерод

Опубликовано Гарри Валентайном 13 августа 2023 г., 20:47

Морской сектор внедряет инициативы, направленные на сокращение выбросов углекислого газа, производимых двигательными установками судов. Некоторые безуглеродные технологии движения предполагают использование возобновляемых источников энергии и занимают значительный объем внутри судна, снижая грузоподъемность. Прецеденты барже-буксирной эксплуатации позволяют предположить возможность совмещения баржи-мегаразмера с буксиром-мегаразмером, обеспечивающим движение и навигацию.

Введение

Буксирно-баржевые группы судов в течение многих лет успешно обслуживают коммерческие грузовые перевозки по внутренним водным путям Америки, в верховьях Великих озер и в прибрежных водах океана. Размер каждой баржи в сцепленном буксире в системе Миссисипи предполагает, что безуглеродный буксир может быть построен с шириной 2 баржи и длиной 1,5 баржи. В процессе эксплуатации он будет плавать в гидравлической тени соединенного впереди него узла, тем самым уменьшая сопротивление воды. Буксир мощностью от 3500 до 4000 лошадиных сил способен буксировать баржу шириной 4 баржи и длиной 10 барж.

Железным дорогам, перевозящим тот же тоннаж и/или объем, что и 40-баржам, потребуются группы локомотивов мощностью от 30 000 до 40 000 лошадиных сил, чтобы тянуть несколько поездов. Перевод основных железнодорожных коридоров на безуглеродную тягу требует прокладки электрических силовых кабелей над путями по цене около 3 миллионов долларов за милю, а также покупки полностью электрических локомотивов. Для сравнения, есть возможность разработать буксир большего размера, который будет перевозить конкурентоспособные по цене и долговечные сетевые батареи с гораздо меньшими первоначальными и долгосрочными затратами. В отличие от автомобильного или железнодорожного транспорта, морской транспорт может фактически использовать в качестве двигателя сетевые батареи.

Прицепная энергетическая установка (Буксир)

Движение барж-буксиров доказало свою эффективность на внутренних водных путях, через Великие озера и в прибрежной зоне океана. Для соединения кормы удлиненной баржи с носовой частью тяжелого буксира увеличенной длины требуется конструкция шарнирного соединения, способная преодолевать суровые условия океанского волнения. Соединение между кормой баржи и носовой частью буксира может потребоваться для обеспечения относительной свободы движения по вертикали при передаче движущей силы и управления направлением движения баржи и буксира на разных частотах. Однако будущие исследования должны будут определить реальную потребность в такой связи.

Внутренний объем и грузоподъемность удлиненного и расширенного буксира будут иметь важное значение для судна, оснащенного безуглеродной двигательной установкой. Он мог бы нести большие баки с водородом для работы либо на топливных элементах, либо на тепловом двигателе. Недавние достижения в области хранения энергии в жидком воздухе могут лечь в основу буксиров. Буксир мог бы работать на тепловой энергии, накопленной в результате термоядерного синтеза, и перезаряжаться на береговых атомных электростанциях. Сетчатые батареи, способные обеспечить движение судна, включают алюминиево-воздушную технологию, железо-воздушную батарею, проточную цинково-воздушную батарею и проточную батарею на основе ванадия.

Технологии хранения

Широкий спектр технологий имеет потенциал в будущем для обеспечения безуглеродной силовой установки морских судов и может включать в себя:

- Сжиженный воздух: в Англии реализуются инициативы по созданию энергосистемного хранилища энергии с использованием переохлажденного сжиженного атмосферного воздуха, плотность которого превышает 80% плотности жидкой воды. Он был успешно испытан в качестве силовой установки в небольшом автомобиле и потенциально может быть адаптирован для силовой установки на судах, где турбина с редуктором или роторный двигатель прямого вытеснения будут приводить в движение гребной винт. Комбинация сжиженного воздуха, хранящегося внутри хорошо изолированных контейнеров, и источника накопленной тепловой энергии на борту огромного буксира теоретически может передвигать баржу на расстояния от 600 до 1000 морских миль.

- Железо-воздушная батарея: Железо-воздушная батарея занимает пространство транспортного контейнера стандартного размера (длина 40 футов). Небольшие испытания показали незначительное ухудшение химического состава батареи после 20 000 циклов полной разрядки и способность обеспечивать стабильную работу в течение до 100 часов. Набор из двухуровневых железо-воздушных батарейных контейнеров шириной 8 и длиной 4 (64), перевозимых на борту супербуксира длиной 300 футов и шириной 70 футов, обеспечит мощность более 4000 лошадиных сил в течение 100 часов, что делает Технология, пригодная для работы барж-буксировщиков на внутренних водных путях. Для прибрежной эксплуатации и обслуживания Великих озер потребуются более крупные версии буксира.