日本超级环保船的秘密:CO2排放量减少69%

2011-1-12 08:27 来源: 中国经济网
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日本邮船超级环保船2030(NYK Super Eco Ship 2030)

  日本邮船采用“综合环保技术”

  同样运输量下海运的CO2排放相当于陆运的四分之一,环境负荷较少。为此,全世界都有促进海运发展的倾向。目前国际海运年CO2排放量约为8.4亿吨,未来以新兴国家为主,国际海运的运输量将进一步增加,国际海事机构也逐步开始采取CO2减排的强制性措施。

  在这样的社会需求下,日本邮船率先开展了船舶CO2减排的研究活动,并发布了计划在2030年打造完成的未来集装箱船“日本邮船超级环保船2030”。

  传统帆船有着高耸的桅杆,迎风扬帆前进,美轮美奂,被称为“海上贵妇”。而未来船舶恐怕与帆船有着很大的不同,也许将会又矮又平。

  但是“这艘船能够代表追求船舶CO2减排的最高成果。”这是日本邮船技术部的左光真启在出示“日本邮船超级环保船2030”的概念模型时所说的。

  “日本邮船超级环保船2030”是日本邮船的环境使命项目,是一艘计划在2030年打造完成的集装箱船。左光真启是该项目的负责人。

  CO2排放量减少69% 

  环境使命项目立项是在2008年4月。最终目标是在2050年前打造完成CO2零排放的船舶。而作为一项中期目标,2009年7月日本邮船发布了“日本邮船超级环保船2030”。这艘船综合了目前所有的先进环保技术,与当前的集装箱船相比,可以实现CO2减排69%。

  海运在同样运输量下的CO2排放约是陆运的四分之一,环境负荷较少。为此,全世界都有加大利用海运的趋势。尽管日本国内包括货运与客运的所有海运CO2排放量还不到日本国内CO2排放总量的1%,但是,从世界整体来看,国际海运每年约8.4亿吨的CO2排放量相当于CO2排放总量的3%,而且未来随着国际贸易的增加,以新兴国家为主,国际海运的运输量还将会大幅增加。

  为此,国际海事组织(IMO:International Maritime Organization)开始采取了强制性的CO2减排措施。日本的国土交通省也从2009年开始为期四年对海运企业可实现CO2减排效果的项目进行资助。

  日本邮船前瞻性地意识到了这种社会需求,率先进行了船舶CO2减排的研发。

  船体轻量化是一大重点 

  日本邮船称为“未来集装箱船”的“日本邮船超级环保船2030”的船体上方覆盖了像布一样可以卷起来的太阳能面板。船体较宽,且极其平坦。

  数个形状类似昆虫翅膀的帆利用风的张力,形成船只前进的推进力。这样一艘船如果在收帆状态下浮于海面,或许可以看成是一个巨大的面板。

  左光真启称,为了减少集装箱船的CO2排放,引用太阳能发电等自然能源非常重要,但是更为有效的是船体的轻量化。

  通常集装箱船总重量平均为8万吨,可以装载8000个集装箱。而“日本邮船超级环保船2030”将轻量化至1万吨以下,通过轻量化,预计可以实现CO2减排9%。

  为此,需要调整船体结构与所用材料。“日本邮船超级环保船2030”的材料将不再使用铁,而正在研究采用韧性较强且极轻的碳纤维树脂。

  无需“压载”有助于轻量化 

  另一方面,结构上的调整使得无须减少可装载的集装箱数。由于降低了船的高度,扩展了船体的宽度,可以横向摆放更多的集装箱。

  由于通常的集装箱船是将集装箱从上到下摆放,总是需要不断增加船体高度。但是,船体越高,重心随之上升,就会不稳定。为此,需要在船底预备被称为“压载”的重量,取得重力与浮力的平衡。

  集装箱船通常是在船底充满海水进行压载。在出发港口充填海水,在到达港口排出。可是最近许多港口开始重视这些排放的海水对当地生态的影响问题。

  而如果能够降低船的高度,就无需配备压载。既可以减轻船体重量,又可以降低船底空间。

  减少船体摩擦的“空气润滑系统” 

  降低船底空间的优点不仅体现在船体的轻量化。还可以大幅减少船的摩擦力,从CO2减排角度来看,至关重要。

  通常集装箱船船底被涂上一种特殊涂料,可以有效防止藤壶或海草等海洋生物的附着,从而减少了船的摩擦阻力。

  而“日本邮船超级环保船2030”为了进一步减少摩擦阻力,与三菱重工共同开发了“空气润滑系统”,并进行了相关的试验。

  该系统通过安装于船体前部的风扇,从船底强力排放出空气。用气泡覆盖整个船底,提升与海水的润滑效果,减少摩擦阻力。

  但是,将气泡送入船底之际当然也需要能源。如何用较少的能源送入气泡,是这一技术的关键。左光真启认为,“在这一点上,降低船底空间将更加有利。水深越浅送入气泡所需能源就越少。”

  “空气润滑系统”系统能够带来的CO2减排效果为10%。此外,日本邮船还计划进行反复的试验研究,找出可长时间存留送入气泡的船底形状、气泡喷射口的大小等最佳数值。

  可使推进效率提升的节能装置“MT-FAST” 

  “日本邮船超级环保船2030”还在开发可以回收螺旋桨转动产生海水流动的“旋流”所损耗的能源,提升推进效率的节能装置“MT-FAST”。

  这一技术是通过改变流入螺旋桨内水流的角度,控制旋流,增加推进力。目前,日本邮船已经在4艘船中安装了“MT-FAST”,并进行了试验,得出了通过安装“MT-FAST”可以实现5%CO2减排效果的结论。

  同时,为了大幅减少CO2排放,日本邮船还计划从柴油发动机过渡到燃料电池。“日本邮船超级环保船2030”通过用燃料电池替换柴油发动机,预计可以实现32%的CO2减排。

  通常驱动8万吨集装箱船至少需要64兆瓦的能源。用蓄电池供给这些能源极其困难。为此,“日本邮船超级环保船2030”正考虑搭载类似火力发电站发电能力的“固体氧化物燃料电池(SOFC)”。

  但是,与陆地不同,在船内装置燃料电池必须考虑摇晃、浸水、盐分等因素。尤其是耐振性在安全上非常重要。为此,日本邮船计划开始着手研发专用于海上的燃料电池。

  此外,还通过引入超导电机等多种技术,预计“日本邮船超级环保船2030”总共可以实现69%的CO2减排。或许,十多年后“日本邮船超级环保船2030”将会真的在大海上扬帆行驶。