变革之风——新技术引领商业航运走向更可持续的未来

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2023 年 8 月，一艘五年船龄的货船 Pyxis Ocean 从中国上海启航，驶往巴西南部港口巴拉那瓜，创造了历史。旅程近 25,000 公里。
这次航行的历史意义在于，Pyxis Ocean 号不再仅仅使用污染严重的船用燃料，而是成为同类船舶中第一艘使用风力发电来补充燃料动力的船舶。它正在测试开创性的WindWings风帆— — 37.5 米高、可折叠的钢和玻璃纤维“风帆”，能够利用风能推动这艘巨大的散货船在水中航行。
回到未来
WindWings 由英国公司 BAR Technologies 设计，由挪威的 Manta Marine Technologies 建造，并在中国安装到跨国公司嘉吉租用的一艘船上，它是雄心勃勃的国际合作 —— CHEK项目的结果，旨在帮助商业航运规划出一条通往低碳未来的道路。
“这在当时是一个相当大的挑战，”负责协调该项目的芬兰瓦萨大学瓦萨能源商业创新中心 (VEBIC) 主任苏维·卡里琳 (Suvi Karirinne) 说。
Pyxis Ocean 的首航是对 WindWings 的首次真实世界测试，同时也提供了一个机会来评估恢复这种传统的船舶推进方式是否能成为海上货物运输的未来方向。
2024年5月，国际公认的认证和测试机构DNV Maritime Advisory确认，在有利条件下航行时，Pyxis Ocean上安装的两台WindWings可使主机每海里的能耗降低32%。
WindWings 技术预计将随着时间的推移得到广泛应用，并且已经准备好安装在 2025 年及以后准备安装的 20 艘新船中。
更清洁的运输
世界上多达 90% 的货物和原材料都是通过海运运输的，而海运并不像人们想象的那么清洁。一艘满载的集装箱船每天会燃烧多达 150 吨的重油，从环境角度来看，这是不可持续的。
根据国际能源署的数据，航运是碳排放的主要来源，约占全球碳排放总量的 2% 。2018年 4 月，国际海事组织同意到 2050 年将排放量与 2008 年基准相比减少至少 50%。
为了实现这一目标，CHEK 专家们齐心协力，提出了可以集成到现有商用船舶中的创新设计解决方案。他们的最终目标是通过协同结合不同的方案来打造零排放船舶。
协同整合
专家团队着手将一系列不同的技术和概念整合到两种船舶类型中：散货船和邮轮。其中一些设计在 Pyxis Ocean 和全球邮轮公司 MSC Cruises 的一艘客运邮轮上进行了真实条件下的测试。
通过利用不同操作、电源和减阻技术之间的协同作用，他们提出了一系列可适用于其他船舶类型（如油轮、集装箱船、普通货船和渡轮）的解决方案。
提出的创新包括氢动力发动机、超声波防污装置和先进的航线规划系统等，这些系统考虑了当前的大气和海洋条件，以提供最节能的航线。
CHEK 专家相信，如果综合应用他们开发和测试的技术进步，可以将船舶的能源使用量减少 50%，并将温室气体排放量减少 99%。
卡里琳表示：“实现海上脱碳没有万灵药”，她认为，最好的办法是通过整合新技术和现有的创新技术来取得进展。
提高效率
芬兰工程公司瓦锡兰 (Wärtsilä) 研究经理 Anders Öster 表示：“航运业需要减少排放。因此，我们需要找到解决方案，提高船舶效率，并减少船舶推进系统的碳排放。”
除了参加 CHEK 之外，Öster 还协调了另一项名为SeaTech的国际研究项目。
SeaTech 研究于 2020 年至 2023 年底进行，参与者既有航运公司，也有学术合作伙伴，例如英国南安普顿大学、雅典国立技术大学和挪威特罗姆瑟大学。该研究开发了两项关键技术，可改装到现有船舶上，从而对该行业的排放产生快速影响。
波浪能
受到鲸鱼和海豚在水中运动的启发，研究人员在 10 米长的模型船前部安装了类似于锤头鲨前鳍的动态水下机翼。
这种利用波浪能推动船只前进的机翼在波浪池和爱琴海中都进行了测试。研究人员发现，它能产生推力，尤其是在波涛汹涌的海面上，这样发动机就可以减少输出功率。
“这些翼可以吸收波浪的能量，推动船前进，”奥斯特说。“它们还能稳定船体的运动。”
此外，SeaTech 团队还使用传感器和软件来控制船舶燃气发动机的燃烧过程，从而提高其效率。
“与柴油发动机相比，我们的燃气发动机的二氧化碳排放量减少了三分之一，”Öster 说道。他表示，这两项创新配合得特别好，因为发动机控制软件可以快速响应决定机翼功率输出的相同条件。Öster 表示，其结果大于各部分的总和。
“当我们将这些技术结合起来时，一加一等于三。通过采用不同的技术并将其结合起来，我们可以增强它们的性能。”
研究人员发现，这两项技术结合起来可以减少柴油船舶的二氧化碳排放量 46%。
经济优势
下一个挑战是说服航运业采用这些创新。Karirinne 相信结果会不言而喻。
卡里琳表示，尽管航运业可能相当保守，但竞争也非常激烈。此外，欧盟排放交易体系(EU ETS) 将于 2024 年 1 月扩大，涵盖所有大型船舶的二氧化碳排放量，这为变革提供了进一步的动力。
她预计 CHEK 技术将受到航运运营商的欢迎，因为这些技术可以通过减少燃料消耗以及二氧化碳排放来大幅降低成本。
她说：“这些技术不仅因为可以减少排放而具有吸引力，而且还有社会和经济需求。”
采用率将取决于预期的经济优势以及相关创新的实施难易程度。所有货船可能还需要一段时间才能配备巨型风帆，但 SeaTech 的发动机开发已在船舶上进行改装。
“航运业被认为是一个难以脱碳的行业，”卡里琳说。“但我们已经展示了如何做到这一点的例子。这是可能的，而且有多种选择。我们只需要利用它们。”