Hình minh họa cánh diều của Airseas kéo tàu Ville de Bordeaux (Airseas)
Ngành hàng hải toàn cầu được dự báo dường như sẽ có sự khởi sắc hơn trong năm 2022. Buồm, diều, cánh và ống khai thác sức gió nhằm mục đích giảm thiểu việc sử dụng nhiên liệu diesel trong việc tạo ra lực đẩy tàu đang được triển khai để bắt đầu sử dụng trên các tàu chở hàng. Các chuyên gia cho biết đã có tới gần hai chục dự án sử dụng sức gió đang được thực hiện trong tiến trình các công ty vận tải biển tìm cách hạn chế lượng phát thải từ hoạt động vận chuyển hàng hóa bằng đường biển.
Đầu tiên cần kể đến là công nghệ diều của Airseas - một công ty khởi nghiệp tại Pháp được thành lập bởi các cựu kỹ sư hàng không của Hãng Airbus. Bắt đầu từ tháng giêng năm 2022, Airseas lần đầu tiên triển khai hệ thống Seawing tự động trên tàu chở hàng. Con tàu mang tên Ville de Bordeaux màu xanh trắng sẽ nâng cánh diều rộng 500 mét vuông trong thời gian sáu tháng thử nghiệm trên biển. Hãng Airbus đã đặt hàng chiếc diều cho tàu này để chở các bộ phận của máy bay hành trình giữa Pháp và Hoa Kỳ.
Airseas đã lắp đặt hệ thống Seawing vào tháng 12 năm 2021 ở phía trước của tàu Ville de Bordeaux có chiều dài 152 mét. Chỉ cần bật công tắc, diều sẽ tự động bung ra và tự định vị trong gió, hỗ trợ kéo tàu và giảm bớt khối lượng công việc của động cơ chính, giúp tiết kiệm nhiên liệu. Bộ phận cảm biến được gắn vào dây buộc của diều sẽ thu thập dữ liệu thời tiết để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Khi không cần kéo tàu nữa, dây buộc sẽ thu lại và diều sẽ gập trở lại mũi tàu.
Giá diều đang được lắp đặt cho tàu Ville de Bordeaux
Seawing sẽ hoạt động mà không cần sự can thiệp của thuyền viên trên tàu, mặc dù một nhóm 10 nhân viên từ Airseas sẽ có mặt trên tàu để kiểm tra và tinh chỉnh hệ thống trong quá trình thử nghiệm. Airseas đã có một khách hàng lớn khác xếp hàng nếu mọi việc suôn sẻ. Chủ tàu Nhật Bản K Line đã đặt hai đơn hàng cho phiên bản diều diện tích 1.000 mét vuông với tầm bay hơn 300 mét trong không trung.
Airseas ước tính chiếc diều lớn hơn sẽ giảm mức tiêu thụ nhiên liệu của tàu và lượng phát thải liên quan xuống trung bình 20%.
Một giải pháp nhanh chóng cho những con tàu gây ô nhiễm không khí
Các công ty vận tải biển trên toàn thế giới đang phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng từ các cơ quan quản lý, người thuê vận chuyển và người tiêu dùng để giải quyết lượng phát thải gây ô nhiễm không khí khổng lồ của ngành hàng hải. Vận tải biển quốc tế đóng góp gần 3% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu hàng năm, khiến cho ngành này trở nên ô nhiễm hơn toàn bộ nước Đức.
Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) - cơ quan của Liên hợp quốc chịu trách nhiệm điều tiết ngành hàng hải, đã đặt ra mục tiêu cắt giảm một nửa lượng phát thải của vận tải biển vào năm 2050 (so với mức năm 2008), và sau đó là khử cácbon hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21. IMO cũng đã thiết lập các tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng cho cả các tàu mới và hiện có. Các nhóm môi trường và các nhà nghiên cứu cho rằng cần có các chính sách nghiêm ngặt hơn nhiều để dẫn dắt tàu chở hàng tránh xa nhiên liệu hóa thạch và hướng tới các giải pháp thay thế sạch hơn, có thể bao gồm amoniac "xanh" và hydro "xanh".
Tuy nhiên, trong khi chờ đợi, công nghệ "đẩy tàu với sự hỗ trợ của gió" đang triển khai được xem như một giải pháp tức thì, mặc dù chỉ đóng vai trò là một phần, để giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu.
Ông Gavin Allwright, thư ký của Hiệp hội tàu chạy bằng sức gió quốc tế (the International Windship Association) cho biết: "Động lực trong việc đẩy tàu bằng gió đang tiếp tục phát triển và có những dấu hiệu ban đầu cho thấy việc đầu tư, lắp đặt và dây chuyền sản xuất đang bắt đầu tăng lên". Ông mô tả triển vọng trong hai năm tới của công nghệ này là "tươi sáng với một làn gió nhẹ".
Theo ông Gavin Allwright, 20 tàu sẽ sử dụng một số loại thiết bị thổi gió trong quý đầu tiên của năm 2022. Con số này dự kiến sẽ đạt 40 tàu vào cuối năm 2022 hoặc đầu năm 2023. Với số lượng gần 100.000 tàu buôn hoạt động khắp các đại dương ngày nay, thì con số 40 tàu ứng dụng sức đẩy gió là rất nhỏ nhoi. Nhưng việc tăng gấp đôi số tàu được hỗ trợ bởi gió vẫn sẽ là một bước tiến quan trọng đối với phân khúc công nghệ mới nổi.
Ống quay để tiết kiệm nhiên liệu
Ngoài những cánh diều bay cao, ngành vận tải biển cũng dự kiến sẽ có nhiều buồm rotor hơn trong năm nay. Mỗi ống quay sẽ kéo không khí xung quanh chính nó để tạo thành các vùng có áp suất cao và thấp, tạo ra lực đẩy về phía trước.
Công ty Norsepower tại Phần Lan đang lắp đặt một buồm rotor cho tàu Berlin - một trong những phà biển sử dụng công nghệ lai - ắc quy (battery - hybrid) lớn nhất trên thế giới, hoạt động giữa Đan Mạch và Đức. Nhà khai thác phà Scandlines lần đầu tiên lắp đặt một ống cao khoản 30 mét trên một chiếc phà battery - hybrid khác của mình mang tên Copenhagen vào tháng 5 năm 2020 và nhận thấy rằng nó đã giúp giảm lượng phát thải cácbon từ 4 đến 5%.
Phà hybrid mang tên Copenhagen với cánh buồm rotor cao 30 mét của Norsepower (Scandlines)
Năm tàu khác sử dụng buồm rotor của Norsepower, bao gồm một siêu tàu chở quặng sắt mới do công ty khai thác mỏ khổng lồ Vale của Brazil thuê. Con tàu màu đỏ cồng kềnh có các ống quay cao 24,4 mét kết hợp với nhau dự kiến sẽ giảm khoảng 8% chi phí nhiên liệu và khí thải, theo Norsepower.
Buồm rotor của Norsepowerđược trang bị cho siêu tàu chở quặng đóng mới (Norsepower)
Buồm dạng cánh
Trong khi buồm rotor là thiết bị đẩy tàu bằng gió phổ biến nhất hiện nay, thì các công nghệ khác đang dần được thương mại hóa. Công ty khởi nghiệp Ayro có trụ sở tại Paris đang chế tạo bốn chiếc "buồm dạng cánh" xoay trong năm nay, để lắp đặt trên boong tàu chở hàng có chiều dài 122 mét mang tên Canopée. Sau khi hoàn thành, tàu này sẽ chở các bộ phận của bệ phóng tên lửa Ariane 6 từ châu Âu đến Trung tâm Vũ trụ Guiana thuộc Pháp.
Hình minh họa cho thấy tàu chở hàng Canopée với bốn hệ thống Oceanwing 363 (Ayro)
Hệ thống Oceanwing 363 của Công ty Ayro bao gồm các buồm cao thẳng đứng, mỗi buồm được chia thành hai tấm. Các tấm có thể xoay 360 độ, điều chỉnh theo điều kiện gió hoặc gập về phía chân đế khi tàu không còn cần đến sự trợ giúp của gió. Cảm biến và động cơ tự động điều chỉnh góc của buồm trên hành trình của tàu.
Hình minh họa về Oceanwing tự xoay của Ayro (Ayro)
Ayro là công ty con của Hãng đóng tàu VPLP - là nơi đã thiết kế và chế tạo nguyên mẫu Oceanwing đầu tiên vào năm 2016. Ba năm sau đó, một cặp Oceanwings được lắp đặt trên tàu Energy Observer - là tàu hai thân được vận hành hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo.
Buồm trong dự án tàu Canopée sắp tới sẽ lớn hơn 10 lần so với buồm được lắp đặt trên tàu Energy Observer, khoảng 362 mét vuông một mảnh. Ayro đã huy động được 10,5 triệu euro (11,9 triệu USD) tài trợ vào năm ngoái để bắt đầu chế tạo Oceanwings ở miền bắc nước Pháp.
Thổi không khí để khai thác gió
Một nét hiện đại khác so với buồm truyền thống là buồm dạng cánh phồng, có thể bơm hơi của Hãng Michelin. Nhà sản xuất lốp xe của Pháp này có kế hoạch lắp công nghệ của mình trên một tàu buôn để chạy thử vào cuối năm 2022.
Hãng Michelin đã công bố dự án Wing Sail Mobility của mình vào tháng 6 năm 2021. Ban đầu được cấp bằng sáng chế bởi hai nhà phát minh Thụy Sĩ, buồm dạng cánh được thiết kế để cắt xuyên không khí giống như cánh máy bay, tạo ra lực nâng và đẩy tàu trên nước. Chỉ cần nhấn nút, cột buồm dạng kính thiên văn sẽ vươn cao 17 mét. Một máy nén khí nhỏ sẽ làm phồng cánh hai bên trải rộng khoảng 93 mét vuông. Cả buồm và cột buồm đều có thể tự động rút lại khi tàu cần đi qua gầm cầu thấp hoặc chuẩn bị cập cảng.
Bản vẽ 3D của hệ thống đẩy tàu sử dụng buồm dạng cánh của Hãng Michelin trên một tàu chở hàng (Michelin)
Michelin ước tính hệ thống của họ có thể cải thiện hiệu quả nhiên liệu của tàu lên 20%, tùy thuộc vào tuyến đường và điều kiện thời tiết.
Giải pháp cắt giảm hóa đơn cho các loại nhiên liệu sạch hơn trong tương lai
Bà Stephanie Lesage - Tổng thư ký của Airseas cho biết, ngoài việc giúp các công ty vận tải biển kìm hãm sự mong muốn tiếp tục sử dụng nhiên liệu hóa thạch, các thiết bị đẩy đẩy tàu bằng sức gió cũng có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang các loại nhiên liệu thay thế sạch hơn. Nhiên liệu với tên gọi amoniac "xanh" và hydro "xanh" - được sản xuất bằng năng lượng tái tạo - dự kiến sẽ có giá cao hơn đáng kể so với các loại nhiên liệu tàu biển truyền thống hiện nay. Giảm nhu cầu nhiên liệu tổng thể của một con tàu có thể giúp hạn chế một số cú sốc về giá cả khi chuyển sang nhiên liệu "xanh".
"Gió là một nguồn năng lượng dồi dào, miễn phí", bà Lesage nói, "Nó sẽ là một giải pháp bổ sung rất quan trọng cho các công nghệ đột phá khác hoặc các loại nhiên liệu thay thế khác khi chúng được sẵn sàng để đưa lên tàu."