Τα περιστρεφόμενα μεταλλικά πανιά θα μπορούσαν να μειώσουν την κατανάλωση καυσίμου, τις εκπομπές ρύπων στα φορτηγά πλοία

Ο βρετανός αστέρας του ποδοσφαίρου Ντέιβιντ Μπέκαμ ήταν γνωστός για το ότι «λυγίζει» τα ελεύθερα χτυπήματά του πάνω από τους τοίχους των αμυντικών και γύρω από τις μεγάλες προσφορές για γκολ. Τώρα, η φυσική πίσω από τέτοιου είδους καμπύλες λακτίσματα πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για να προωθήσει πιο αποτελεσματικά τα πλοία των ωκεανών.

Στις αρχές του επόμενου έτους, ένα δεξαμενόπλοιο που ανήκει στη Maersk, τον δανικό όμιλο μεταφορών, και ένα επιβατηγό πλοίο ιδιοκτησίας της Viking Line θα εξοπλιστούν με περιστρεφόμενους κυλίνδρους στα καταστρώματα τους. Τοποθετημένα κάθετα και ύψους έως και 10 ορόφων, αυτά τα "πανιά στροφείου" θα μπορούσαν να μειώσουν την κατανάλωση καυσίμου έως και 10%, εξοικονομώντας εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια στις εταιρείες μεταφορών και μειώνοντας τις εκπομπές άνθρακα που προκαλούν αιθάλη κατά χιλιάδες τόνους ανά ταξίδι.

Τα πανιά ρότορα βασίζονται σε ένα κομμάτι αεροδυναμικής που είναι γνωστό ως φαινόμενο Magnus. Στη δεκαετία του 1850, ο Γερμανός φυσικός Heinrich Gustav Magnus παρατήρησε ότι όταν κινείται μέσα στον αέρα ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο, όπως μια μπάλα, υφίσταται μια πλάγια δύναμη. Η δύναμη προκύπτει ως εξής. Εάν η μπάλα δεν περιστρεφόταν, ο αέρας θα περνούσε κατευθείαν δίπλα της, δημιουργώντας ένα στροβιλιζόμενο ξύρισμα που θα εκτείνονταν ακριβώς πίσω από την μπάλα σαν την ουρά ενός κομήτη. Η περιστρεφόμενη επιφάνεια μιας περιστρεφόμενης μπάλας, ωστόσο, σέρνει λίγο αέρα μαζί της. Η περιστροφή εκτρέπει την κίνηση έτσι ώστε να ξεκολλήσει από την μπάλα υπό γωνία, πιο κοντά στην πλευρά της μπάλας που περιστρέφεται στον επερχόμενο αέρα. Χάρη στον τρίτο νόμο του Ισαάκ Νεύτωνα ότι κάθε ενέργεια πρέπει να έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση, το εκτρεπόμενο ξύρισμα σπρώχνει την μπάλα προς την αντίθετη κατεύθυνση, προς την πλευρά της μπάλας που απομακρύνεται από τον επερχόμενο αέρα. Έτσι, η περιστρεφόμενη μπάλα δέχεται μια πλάγια ώθηση.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες πρότειναν τη χρήση του φαινομένου Magnus για την προώθηση των πλοίων. Ο Γερμανός μηχανικός Anton Flettner αντικατέστησε 420 τετραγωνικά μέτρα πανί πανιού στο σκαρί Buckau με δύο πανιά ρότορα από χάλυβα ύψους 15 μέτρων, τα οποία είχαν στηθεί να περιστρέφονται χρησιμοποιώντας μια μικρή μηχανή. Ο Flettner έδειξε ότι ο άνεμος ταξιδεύει γύρω από το Buckau Τα πανιά του ρότορα δημιούργησαν μια δύναμη στις πλευρές των πανιών του ρότορα που ώθησε το πλοίο προς τα εμπρός. Το 1926, το Buckau διέσχισε τον Ατλαντικό Ωκεανό. Ωστόσο, ο Flettner απέτυχε να βρει επενδυτές που ενδιαφέρονται για πλοία που κινούνται με ρότορα. Οι τιμές των καυσίμων ήταν απλώς πολύ χαμηλές και δεν υπήρχαν περιβαλλοντικοί κανονισμοί που να περιορίζουν τις εκπομπές των πλοίων.

Αλλά το οικονομικό αεράκι μπορεί να είναι αναζωογονητικό για την ισχύ του πανιού. Σήμερα, περισσότερο από το 90% των εμπορευμάτων μεταφέρονται μέσω του ωκεανού και μόνο το κινεζικό λιμάνι της Σαγκάης διέσχισε 36 εκατομμύρια εμπορευματοκιβώτια το 2015. Όλο αυτό το εμπόριο έχει περιβαλλοντική τιμή:Τα περισσότερα πλοία καίνε βαρύ μαζούτ, παράγοντας παγίδευση θερμότητας διοξείδιο του άνθρακα καθώς και αιθάλη και θειούχες ενώσεις που συμβάλλουν στην όξινη βροχή. «Η ναυτιλιακή βιομηχανία βρίσκεται υπό αυξημένη πίεση για μείωση των εκπομπών», λέει ο Tuomas Riski, Διευθύνων Σύμβουλος της Norsepower Oy Ltd., μιας εταιρείας καθαρής τεχνολογίας και μηχανικής με έδρα το Ελσίνκι.

Η Norsepower έχει αναπτύξει ένα πανί ρότορα βασισμένο στο αρχικό σχέδιο του Flettner αλλά ενημερωμένο με σύγχρονα υλικά όπως ίνες άνθρακα και γυαλιού που μειώνουν το βάρος του κατά τρεις φορές. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια για την περιστροφή του ρότορα, κάτι που μεταφράζεται σε πιο αποτελεσματική πρόωση. "Τα μεγαλύτερα πανιά ρότορα μας μπορούν να παρέχουν ώση προς τα εμπρός ισοδύναμα έως και 3 μεγαβάτ ισχύος του κύριου κινητήρα ενώ αντλούν λιγότερο από 90 κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας", λέει ο Riski. Ο σχεδιασμός του Norsepower συνδέεται επίσης με λογισμικό που προσαρμόζει τον ρυθμό περιστροφής του ρότορα —έως και αρκετές εκατοντάδες στροφές ανά λεπτό— για να μεγιστοποιήσει την ώθηση προς τα εμπρός. "Είναι πλήρως αυτόματο και απλό στη χρήση", λέει ο Riski.

Η τεχνολογία θα πρέπει επίσης να είναι ασφαλής, καθώς η κοπή ηλεκτρικής ενέργειας στον ρότορα σταματά την πρόωση και αφήνει μόνο μια δύναμη έλξης. Και αυτή η δύναμη έλξης είναι πιθανώς πολύ λιγότερο σημαντική από την έλξη που βιώνει το κύτος του πλοίου όταν κινείται μέσα στο νερό, λέει ο Jeff Eldredge, ένας ρευστοδυναμικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες. Ο Michael Traut, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο, λέει ότι "Δεν υπάρχει κίνδυνος ανατροπής των αγγείων."

Τα πανιά του ρότορα είναι γενικά αποτελεσματικά εάν ο άνεμος κινείται ταχύτερα από 18 χιλιόμετρα την ώρα—περίπου 10 κόμβους—και φυσά κατά μήκος της πλώρης του πλοίου υπό γωνία τουλάχιστον 20°. Τα πλοία συχνά αντιμετωπίζουν τέτοιες συνθήκες σε ναυτιλιακές διαδρομές του βόρειου Ειρηνικού και του βόρειου Ατλαντικού, λέει ο Riski. Σε αντίθεση με τα αυθεντικά πανιά ρότορα του Flettner, οι νέες εκδόσεις προορίζονται να παρέχουν μόνο συμπληρωματική ώθηση αντί να αντικαταστήσουν πλήρως τη μηχανή ενός πλοίου, λέει ο Riski.

Το 2015, η Norsepower πραγματοποίησε τις πρώτες δοκιμές στη θάλασσα των δρομέων της σε φορτηγό πλοίο που μεταφέρει αυτοκίνητα και φορτηγά μεταξύ Ολλανδίας και Ηνωμένου Βασιλείου. Όταν τοποθετήθηκε εκ των υστέρων με δύο πανιά ρότορα ύψους 18 μέτρων, το πλοίο έκαψε 6% λιγότερο καύσιμο. Το επόμενο έτος, αφού η Norsepower εγκαταστήσει ρότορα σε ένα πετρελαιοφόρο και ένα επιβατηγό κρουαζιερόπλοιο, "θα έχουμε όλους τους κύριους τύπους πλοίων καλυμμένους", λέει ο Riski. Τα πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων δεν είναι κατάλληλα για πανιά με ρότορα επειδή τα καταστρώματα τους είναι στοιβαγμένα με κοντέινερ, σημειώνει.

Ο χρόνος θα δείξει εάν αυτή η νέα προσέγγιση της παλιάς τεχνολογίας είναι επιτυχής. «Ένα από τα μειονεκτήματα των αρχικών ρότορων του Flettner ήταν ότι η ισχύς που απαιτείται για την περιστροφή τους ήταν πολύ σημαντική για να γίνουν πρακτικοί», λέει ο Eldredge. Αλλά με νέα υλικά αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί, λέει. Ωστόσο, λέει, "Μένει να δούμε αν θα δούμε ένα σωρό φορτηγά πλοία με ρότορες Flettner."

*Διόρθωση, 7 Σεπτεμβρίου, 12:40 μ.μ.: Η ιστορία έχει διορθωθεί για να προσδιορίσει σωστά την εταιρεία που θα δοκιμάσει τα πανιά του ρότορα στα επιβατηγά πλοία της.