Hình
minh họa về hệ thống CoFlow (Ảnh: CoFlow Jet)
Trong bối cảnh chi phí nhiên liệu tăng cao và các yêu cầu
ngày càng tăng của chính phủ yêu cầu các công ty vận tải biển phải đạt mục tiêu
trung hòa carbon vào năm 2050, có một động thái mạnh mẽ nhằm tăng hiệu quả của
tàu chở hàng trong khi giảm lượng khí thải của chúng. Một cách để thực hiện điều
này là học hỏi từ sách lịch sử và tái ứng dụng cánh buồm để khai thác gió.
Về cơ bản, điều đó có lý. Buồm đã đẩy tàu thuyền trên khắp
thế giới trong nhiều thiên niên kỷ và vẫn được sử dụng để vận chuyển thương mại
cho đến sau Thế chiến thứ 2. Tuy nhiên, có 2 vấn đề với buồm khiến chúng bị loại
khỏi thị trường vận chuyển hàng hóa đối với tất cả mọi người, ngoại trừ những
thị trường đặc thù nhất.
Đầu tiên, buồm truyền thống đòi hỏi một đội ngũ thủy thủ
đoàn lớn. Một thứ có kích thước như tàu chở trà Cutty Sark nặng 921 tấn cần một
đội thủy thủ đoàn khoảng 30 người để xử lý buồm và các tấm vải và dây phức tạp
điều khiển chúng. So sánh với một tàu container hiện đại 196.000 tấn chỉ cần 13
sĩ quan và thủy thủ - và hầu hết trong số họ chỉ cần ấn nút thay vì kéo dây bằng
tay.
Vấn đề thứ 2 là cánh buồm hoàn toàn phụ thuộc vào gió. Nếu
gió thổi đủ mạnh và đúng hướng thì tuyệt. Nếu gió thổi quá ít hoặc quá mạnh, hoặc
nếu gió thổi từ hướng không phù hợp thì không ổn lắm. Nếu gió không thổi chút
nào thì thuyền chỉ đứng im tại chỗ.
Kết quả là, một khi năng lượng hơi nước và dầu diesel trở
nên thiết thực với chi phí lao động thấp hơn và năng lượng theo yêu cầu, thuyền
buồm đã sớm chuyển sang mục đích giải trí và thám hiểm.
Ngày nay, ý tưởng sử dụng cánh buồm đang trải qua một cuộc
phục hưng tương tự như cuộc khủng hoảng năng lượng những năm 1970, khi các công
ty vận chuyển tìm kiếm các phiên bản cập nhật của công nghệ cũ để giảm chi phí
nhiên liệu. Tuy nhiên, thay vì hàng mẫu vải bạt căng từ một rừng cột buồm gỗ,
các hệ thống mới sử dụng diều, là cánh gió làm bằng vật liệu tổng hợp hoặc có
thể bơm hơi, trong khi một số thậm chí còn sử dụng chính thân tàu làm buồm.
GeCheng Zha, Giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ và giám đốc
Phòng thí nghiệm Khí động học và Động lực học chất lưu tính toán tại Trường Kỹ
thuật của Đại học Miami đang sử dụng một phương pháp tiếp cận là một biến thể của
rô-to Flettner được phát triển vào những năm 1920 nhưng có một sự thay đổi cơ bản.
Rô-to Flettner là những hình trụ quay lớn tạo ra lực đẩy
khí động học theo góc vuông của luồng không khí đi qua chúng. Các cột trụ
CoFlow Jet do Zha phát triển không quay. Chúng hút một ít không khí từ luồng
gió thổi qua và xuyên qua chúng rồi giải phóng ở một phần khác của trụ. Bằng
cách hút một lượng nhỏ không khí từ cửa hút, tạo áp suất bằng cánh quạt và phun
qua cửa xả, điều này tạo ra sự mất cân bằng áp suất và một lượng lực đẩy đáng kể,
kéo dài toàn bộ chiều dài của các cột trụ.
Theo Zha, điều này tạo nên một hệ thống đẩy gió rất hiệu quả
có thể cung cấp 100% lực đẩy cần thiết để di chuyển con tàu do hệ số nâng và giảm
lực cản rất cao của hệ thống. Không giống như hệ thống Flettner, không có bộ phận
quay nào và nó có thể giảm nhiên liệu tới 50% đối với tàu chở hàng lớn và 90% đối
với tàu nhỏ.
Tin này có vẻ hơi giật gân nhưng hãy nhớ rằng bất kỳ tàu buồm
nào cũng có thể giảm 100% bằng cách giương buồm và tắt hoàn toàn động cơ. Tất
nhiên, tất cả điều này phụ thuộc vào lực và hướng gió. Tuy nhiên, một lợi thế
khác là hệ thống có thể được lắp thêm vào các tàu hiện có và các cột trụ có thể
được thu lại để chuyển vào và ra khỏi bến cảng.
“Cái cũ lại thành mới. Với những tiến bộ công nghệ ngày
nay, hệ thống đẩy bằng sức gió là một giải pháp thay thế hiệu quả cho động cơ
diesel. Và lợi thế chính là nó thân thiện với môi trường – một cách hiệu quả để
khử carbon cho ngành vận tải biển, ngành chịu trách nhiệm cho khoảng 3% lượng
khí thải nhà kính toàn cầu. Ngành vận tải biển có xu hướng chống lại sự thay đổi
vì động cơ diesel quá mạnh nhưng giờ đây, với áp lực ngày càng tăng, dù muốn
hay không, ngành cũng sẽ phải thay đổi”,
Zha cho biết.
LH (Đại học Miami)