Oamenii de știință anunță crearea unei metodologii care ar putea înlocui două motoare diesel care alimentează un feribot cu elice pneumatice. Cele două motoare pneumatice care înlocuiesc motoarele diesel, potrivit oamenilor de știință, au generat 250 kW fiecare și au furnizat suficientă putere pentru a transporta feribotul dus-întors pe un traseu predeterminat în contextul sistemului de transport maritim al Finlandei, relatează TechExplore.
Scopul studiului
Studiul din revista Energy Conversion and Management a fost „realizat pentru a evalua fezabilitatea tehnică și economică a înlocuirii motorului diesel convențional cu unul propulsat pneumatic pe un feribot existent, în contextul nevoilor de transport maritim ale Finlandei”, scriu oamenii de știință.
Sistemul propus studiază toate componentele cheie ale unui sistem pneumatic și beneficiile tehnice, economice și de mediu ale utilizării acestora pentru propulsia maritimă.
Aceste componente includ motoare pneumatice, rezervoare de stocare a aerului, compresoare de aer, schimbătoare de căldură (pentru management termic), încărcător electric și un banc de baterii.
Sistemul actual alimentat cu motorină oferă o putere maximă de 250 kW pe fiecare parte a feribotului, consumând aproximativ 55.201 l de motorină anual. Pentru a satisface necesarul de energie, calculat la 3,58 GJ pe zi, sistemul pneumatic include patru motoare pneumatice de 60 kW pe fiecare parte, asociate cu un rezervor de stocare de 50 m3 presurizat la 150 bari.
Un compresor de 132 kW este utilizat pentru a reîncărca rezervorul în puțin peste 6 ore, asigurând eficiența operațională.
Analizele economice și de mediu arată că trecerea la sistemul de propulsie pneumatică propus ar genera economii anuale semnificative de costuri și emisii de 73.051 USD și, respectiv, 120 de tone de CO2, cu o perioadă de recuperare a investiției de 8 ani. Acest lucru evidențiază potențialul sistemului nu doar pentru reducerea costurilor operaționale, ci și pentru contribuția la soluții de transport maritim mai sustenabile.
Surse regenerabile pentru combaterea emisiilor în transportul maritim
Rezultatele pot reprezenta o rampă de lansare către atingerea obiectivelor globale de decarbonizare, deoarece sectorul transporturilor este responsabil pentru 20-30% din totalul emisiilor din întreaga lume.
„Este demonstrat că propulsia pneumatică, deși neconvențională, este promițătoare ca o alternativă durabilă și eficientă din punct de vedere energetic la motoarele marine convenționale, în special pentru operațiunile cu feribotul pe distanțe scurte.”
Motoarele diesel sunt în prezent cele mai fiabile motoare cu ardere internă în ceea ce privește controlul densității de putere și robustețea. Cu toate acestea, acestea necesită cantități mari de motorină pentru a le alimenta. Mai mult, pot fi destul de zgomotoase și, mai rău, reprezintă o sursă majoră de poluare.
„Înlocuirea acestor motoare cu unele pneumatice este o opțiune mai curată și mai eficientă, deoarece aceste motoare pot fi, de asemenea, încorporate în corpul feribotului pentru a stoca aerul fie în structura ambarcațiunii, fie în rezervoare auxiliare, ceea ce va spori flotabilitatea”, a declarat Abdul Hai Alami, autorul principal.
Rezultatele cercetării se bazează pe rezultate experimentale și calcule realiste, deoarece autorii utilizează analiza sistemelor termodinamice pentru a calcula comportamentul aerului din momentul în care este presurizat în rezervor până la curgerea sa în motorul pneumatic utilizat pentru rotirea elicei.
„Utilizarea acestei metode pentru navele maritime este atractivă din punct de vedere economic, practic și de mediu și ar putea fi ușor adaptată la majoritatea feriboturilor chiar și în condiții dure”, a adăugat Alami, care este și profesor de energie durabilă și regenerabilă la Universitatea Sharjah.
Elicele pneumatice depind de puterea aerului comprimat pentru a acționa motoare, cilindri sau alte dispozitive mecanice în loc de motorină, electricitate sau baterii. Metoda de propulsie pneumatică a autorilor implică utilizarea aerului comprimat stocat în rezervoare la presiune ridicată și eliberat într-un motor pneumatic cu palete care este cuplat cu un rotor naval.
Autorii prezintă ceea ce ei numesc „un studiu tehnic de mediu… cu o evaluare a ciclului de viață” pentru a înlocui un feribot alimentat cu motor diesel cu un sistem de propulsie pneumatică.
„Sistemul propus are costuri operaționale mai mici și o perioadă de recuperare atractivă. Sistemul propus este fiabil, cu un context de impact asupra mediului semnificativ mai mic”, scriu ei.
Performanțe satisfăcătoare la folosirea propulsiei pneumatice pe un feribot existent
Valoarea abordării inovatoare a autorilor provine din încercarea lor de a o aplica pe un feribot existent, construit în 1985 și care este în prezent alimentat de un motor diesel în Finlanda.
Co-autorul Kaj Jansson, un inginer naval și consultant finlandez de la compania finlandeză K. J Marineconsulting Ab, a supravegheat înlocuirea motoarelor diesel cu motoare acționate cu aer, precum și călătoria feribotului cu propulsia pneumatică pe ruta desemnată.
„Propulsia pneumatică este viitorul navigației pe rute maritime fixe. Previzibilitatea ritmului, a sarcinii utile și a destinației feriboturilor permite înlocuirea motoarelor diesel convenționale, care sunt eficiente și fiabile, dar sunt poluante, zgomotoase și sensibile la fluctuațiile prețurilor petrolului, cu unele pneumatice”, a spus Jansson.
Autorii notează: „Din punct de vedere tehnic, sistemul pneumatic propus a demonstrat performanțe satisfăcătoare, îndeplinind aceleași cerințe de propulsie ca și sistemul cu motor diesel. Designul modular al sistemului pneumatic oferă scalabilitate și adaptabilitate la diverse nevoi operaționale, aliniindu-se cu cererea tot mai mare de soluții de transport flexibile și ecologice.
„Din punct de vedere economic, sistemul pneumatic propus oferă avantaje competitive în ceea ce privește reducerea costurilor cu combustibilul și cerințele de întreținere mai mici datorită designului său mecanic simplificat.
„Analizat din perspectiva ciclului de viață, feribotul pneumatic a prezentat o opțiune fezabilă pentru reducerea costurilor în comparație cu omologii săi cu motor diesel. Se calculează o economie de costuri uimitoare de 73.000 USD, cu o perioadă de recuperare a investiției de opt ani.”
Prof. Alami a declarat că este optimist că noua metodă de propulsie pneumatică pe care a dezvoltat-o el și colegii săi va fi remarcată și adoptată de industria feribotului.
„Cercetarea și dezvoltarea în domeniul motoarelor pneumatice cu palete vor permite utilizarea unor materiale mai avansate, rezultând motoare pneumatice mai puternice. Cercetarea a concluzionat că perioada de amortizare a modernizării feribotului cu motoare pneumatice în loc de motoare diesel este de aproximativ opt ani. Aceasta este o afirmație foarte conservatoare, deoarece cel mai bun scenariu posibil nu a fost aplicat întotdeauna atunci când s-au făcut presupuneri.”
