📻 PO STU LATACH: Te monstrualne niby „nóżki do mebli” to napęd rotorowo-wodny

Czy transport powietrzny i morski czeka rewolucja?

AUDIO REO. Posłuchaj artykułu. Czyta Danuta Stachyra

 

Sektorem, który znacząco przyczynia się do globalnego ocieplenia, jest transport. Podczas gdy zmiany w dobrym kierunku widoczne są w transporcie lądowym, tak w lotnictwie czy transporcie morskim już mniej. Zaskakujące, iż w tym ostatnim nie względy środowiskowe, ale ekonomiczne skłoniły właścicieli firm zajmujących się transportem morskim do redukcji emisji szkodliwych gazów nawet o 10%. 

Pojawiające się w Europie nowe regulacje dotyczące ograniczenia emisji gazów przez różne gałęzie gospodarki, a także odbywające się co roku szczyty klimatyczne, których mottem przewodnim jest redukcja czynników powodujących globalne ocieplenie, uświadamiają społeczeństwo, iż ciągłe karmienie atmosfery gazami pochodzącymi z procesów gospodarczych nie służy ani Ziemi, ani nam. Według Komisji Europejskiej transport na lądzie odpowiada za około 70% zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery. Coraz bardziej obecna elektryfikacja samochodów oraz badania nad alternatywnymi i obojętnymi dla środowiska paliwami pozwalają stwierdzić, iż w kolejnych latach będziemy obserwować malejący trend emisji gazów z tej gałęzi sektora transportowego. Ale co z samolotami i statkami, których w każdej chwili jest tysiące w powietrzu i na wodach?

 

Do działania samolotów czy wirnikowców niezbędny jest silnik, który korzystając z trzeciej zasady dynamiki Newtona, wprawi w ruch postępowy cały pojazd. Dla płatowców, a więc statków powietrznych nieposiadających wirników, a jedynie płaty nośne, konieczne jest nadanie prędkości poprzez zjawisko odrzutu, de facto na skutek spalania paliwa w silnikach odrzutowych. Możliwe są także rozwiązania z silnikami śmigłowymi – tu odrzut realizowany jest poprzez interakcje śmigła z powietrzem. Na tej zasadzie działają śmigłowce i wielowirnikowce, które mogą poruszać się w dowolnym kierunku, w zależności od ułożenia wirników i ich wzajemnej prędkości obrotowej.

O ile coraz bardziej popularne w dzisiejszych czasach są drony o zasilaniu elektrycznym, o tyle ograniczone są one głównie do lotów bezzałogowych oraz misji innych niż transportowe. Jest to związane z niską jak dotąd gęstością energii, jaką mogą pochwalić się akumulatory obecnej generacji.

Ktoś mógłby powiedzieć, że aby zwiększyć zasięg statku powietrznego zasilanego energią elektryczną, wystarczy po prostu umieścić na pokładzie więcej pakietów akumulatorów. Niestety, akumulatory ze względu na wysoką masę własną zwiększają zapotrzebowanie na energię przy zawisie swobodnym statku powietrznego. W transporcie lądowym jest nieco prościej, gdyż ze względu na niską wartość współczynnika tarcia tocznego możemy uzyskiwać duże zasięgi (nawet do 600 km dla samochodu Tesla Model S P100d). Dla porównania lot powietrznej taksówki Volocopter 2X, która ma pojawić się niebawem w Dubaju, trwać ma około 30 minut, podczas którego pokonamy zaledwie 80 km. Czy możemy mówić zatem o rewolucji w transporcie lotniczym? Raczej nie, przynajmniej nie teraz.

Co więcej, uważam, że rewolucja zasilania jednostek transportu morskiego energią elektryczną także w najbliższym czasie nie nastąpi. Energia potrzebna do zasilenia wielkich śrub okrętowych nie mogłaby być zmagazynowana w akumulatorach, nawet gdyby zajmowały one połowę kadłuba. I nie chodzi tu tylko o ich możliwości techniczne, ale o koszt i konserwację. Obecna technologia magazynowania energii w ogniwach litowo-polimerowych powoduje, że są one bardzo wrażliwe na stany krytyczne, tj. bardzo szybkie rozładowywanie (bardzo szybkie manewry), niskie temperatury (kursy w warunkach zimowych) czy przechowywanie z odpowiednim napięciem. Ogromny koszt początkowy, ryzyko uszkodzenia i ograniczenia prądowo-napięciowe nie skłaniają do budowania jednostek o napędzie elektrycznym. Czy to oznacza, że są one skazane na napęd z silnikami spalinowymi? Nie do końca. Udowadnia to firma Norsepower, która reaktywowała koncepcję statków z żaglami obrotowymi, zwanych rotorowcami.

Pod pojęciem żagla każdy rozumie ogromną połać materiału, na który naciera wiatr i dzięki temu statek wprawiany jest w ruch. Nieliczni wiedzą, że wykorzystując zjawisko obecne w statkach powietrznych, można zbudować żagiel, który nie przypomina w żadnym stopniu tego, który mamy w wyobraźni, ale raczej wielki, obracający się komin.

Na filmie pokazana jest zasada działania takiego żagla, opierająca się na efekcie Magnusa. Co ciekawe, istnieje mnóstwo innych przykładów występowania go w przyrodzie, np. niekonwencjonalne samoloty, skręt obracającej się piłki w powietrzu, etc.

Aby najskuteczniej wykorzystać siłę wiatru do napędzania statku, kierunek ruchu powietrza musi być prostopadły do kierunku poruszania się statku.

Jest to związane z obszarami niskiego i wysokiego ciśnienia wokół obracającego się walca, które powstają równolegle do kierunku wiatru, generując siłę ciągu. Jako że wiatr nie porusza się zawsze prostopadle do kierunku statku, sterując odpowiednio prędkością obrotową walca, można wpływać na wartość generowanego ciągu, przy zachowaniu najlepszego stosunku zapotrzebowania energetycznego silników walca do oszczędności energetycznej silników spalinowych na skutek pracy żagli. Aby w każdym momencie czerpać jak najwięcej korzyści z tego niecodziennego napędu, wykorzystywane jest specjalne oprogramowanie, które na bieżąco monitoruje warunki atmosferyczne i steruje pracą żagli.

volocopter
Zasada działania żagla obrotowego, www.jeccomposites.com

 

Jak twierdzi firma Norsepower, oszczędności generowane przez wykorzystanie obrotowych żagli mogą sięgać 10%, co przy kosztach na poziomie 3 miliardów dolarów na paliwo w firmie Maersk daje 300 milionów, które mogą być wykorzystane na montaż kolejnych żagli w posiadanej flocie. Niewątpliwie rozwiązanie obrotowych żagli przyczyni się do redukcji gazów cieplarnianych emitowanych do atmosfery przez transport morski, o którym niewiele lub wcale się nie wspomina. Miejmy nadzieję, że rewolucja energetyczna nastąpi we wszystkich gałęziach gospodarki i nie będzie spowodowana jedynie kwestiami ekonomicznymi, jak ma to miejsce w transporcie morskim.



REO POLECA

📻 Elon Musk – da Vinci, który zmienia świat