Vận chuyển hàng trên tàu vận tải biển được coi là có chi phí hợp lý. Tuy nhiên, với khoảng 45.000 chiếc tàu vận tải trên toàn thế giới sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch cấp thấp, lượng ô nhiễm do chúng thải ra tương đương hàng triệu chiếc xe hơi. Với mục đích giúp giảm sự ô nhiễm môi trường nhưng v...
Vận chuyển hàng trên tàu vận tải biển được coi là có chi phí hợp lý. Tuy nhiên, với khoảng 45.000 chiếc tàu vận tải trên toàn thế giới sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch cấp thấp, lượng ô nhiễm do chúng thải ra tương đương hàng triệu chiếc xe hơi.
Với mục đích giúp giảm sự ô nhiễm môi trường nhưng vẫn giữ được giá cước vận chuyển hợp lý, các kỹ sư tại Đại học Tokyo (Nhật Bản) đã nghiên cứu thiết kế hệ thống buồm hỗ trợ cho động cơ của các tàu vận tải. Cánh buồm kích cỡ 20 x 50m dạng này sẽ giúp giảm bớt 30% việc tiêu thụ nhiên liệu cho các con tàu.
Giáo sư Kiyoshi Uzawa nhận định, công nghệ tiến bộ như ngày nay có thể tạo các cánh buồm lớn và vận hành chúng một cách tự động. Bên cạnh đó, mạng thông tin hàng hải và dự báo thời tiết giúp những con tàu dạng này vận hành an toàn dù chúng sử dụng phong năng như những chiếc tàu xưa cũ. Mỗi cột buồm gồm 5 cánh được làm bằng hợp kim nhôm bền, nhẹ cùng với sự gia cường của sợi chất dẻo. Mặt cắt ngang nhìn tương tự như cánh máy bay, những cánh buồm có thể đặt ở các vị trí độc lập với nhau nhờ vậy tối đa hóa lực đẩy. Khi cần thả neo hoặc vào vùng thời tiết xấu thì những cánh buồm được các động cơ xếp lại theo chiều thẳng đứng.
Giáo sư Uzawa cho biết những nghiên cứu cơ bản đã hoàn thành, dự án sẽ tiến hành xây dựng nguyên mẫu tàu vận tải dạng này ở quy mô nhỏ để chứng minh tính hiệu quả trong vài năm tới. Theo kế hoạch thì bản mô phỏng trên máy tính và thử nghiệm mô hình trong đường hầm gió có thể bắt đầu vào năm 2016 và những con tàu thật sẽ ra đời trong khoảng 5-10 năm sau.
Theo Gizmag, do tính chất khác nhau của các loại tàu chở hàng nên công nghệ tên phù hợp với các tàu vận tải thấp, chở các loại vật liệu số lượng lớn như ngũ cốc, quặng, dầu... hơn là những container biển xếp cao trên bong.
Vận tải biển từ lâu được xem là lựa chọn có chi phí hợp lý, nhưng phía sau những chuyến hàng đường dài là lượng khí thải đáng kể từ đội tàu khổng lồ. Trên thế giới có khoảng 45.000 tàu vận tải biển, phần lớn sử dụng nhiên liệu hóa thạch cấp thấp, tạo ra mức ô nhiễm tương đương hàng triệu chiếc xe hơi. Bài toán đặt ra là giảm tác động môi trường mà không đẩy chi phí vận chuyển, vốn ảnh hưởng trực tiếp đến giá hàng hóa, tăng quá cao.
Từ yêu cầu đó, các kỹ sư tại Đại học Tokyo, Nhật Bản, nghiên cứu hệ thống buồm hỗ trợ động cơ cho những con tàu vận tải đường biển. Thiết kế này không thay thế hoàn toàn động cơ, mà tận dụng sức gió để giảm phần nhiên liệu cần thiết trong suốt hành trình. Những cánh buồm khổng lồ, mỗi chiếc rộng khoảng 20 mét và cao 50 mét, được kỳ vọng giúp tàu giảm 30% mức tiêu thụ nhiên liệu.
Giáo sư Kiyoshi Uzawa cho rằng công nghệ hiện nay đã đủ tiến bộ để chế tạo các cánh buồm kích thước lớn, đồng thời vận hành chúng tự động trên biển. Hệ thống tự động có thể điều chỉnh hoạt động của buồm theo điều kiện thực tế, giảm gánh nặng thao tác vốn từng khiến buồm truyền thống phụ thuộc nhiều vào thủy thủ. Nhờ đó, ý tưởng dùng phong năng cho tàu hiện đại không còn chỉ gợi nhớ những con tàu buồm của nhiều thế kỷ trước.
An toàn vận hành được hỗ trợ bởi mạng thông tin hàng hải cùng các hệ thống dự báo thời tiết ngày càng phát triển và chính xác hơn. Dữ liệu về gió, sóng, tuyến hàng hải và vùng thời tiết xấu giúp thủy thủ đoàn lựa chọn cách sử dụng buồm phù hợp trong từng chặng đường. Khi cần thả neo hoặc đi vào khu vực có điều kiện nguy hiểm, các cánh buồm có thể được thu gọn để hạn chế rủi ro.
Mỗi cột buồm trong thiết kế gồm năm cánh, chế tạo từ hợp kim nhôm bền, nhẹ và được gia cường bằng sợi chất dẻo. Nhờ kết hợp vật liệu, cấu trúc này vừa giảm khối lượng cần nâng đỡ, vừa tăng khả năng chịu lực trong môi trường biển khắc nghiệt. Hình dạng mặt cắt ngang của cánh buồm tương tự cánh máy bay, giúp nó tạo lực đẩy hiệu quả hơn kiểu buồm phẳng truyền thống.
Các cánh trên cùng một cột có thể đặt ở những vị trí độc lập với nhau, thay vì luôn phải hoạt động như một khối cố định. Khả năng điều chỉnh riêng biệt này giúp hệ thống khai thác hướng gió linh hoạt hơn, đồng thời tối đa hóa lực đẩy tác động lên thân tàu. Khi không cần sử dụng, động cơ sẽ xếp các cánh theo chiều thẳng đứng, tạo điều kiện thuận lợi cho tàu neo đậu hoặc đi qua vùng thời tiết bất lợi.
Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành những nghiên cứu cơ bản và dự định chế tạo nguyên mẫu tàu vận tải quy mô nhỏ trong vài năm tới. Mục tiêu của nguyên mẫu là kiểm tra trực tiếp hiệu quả hoạt động, mức tiết kiệm nhiên liệu cùng khả năng phối hợp giữa buồm và động cơ trên một con tàu thực tế. Theo kế hoạch, mô phỏng máy tính và thử nghiệm mô hình trong đường hầm gió có thể bắt đầu vào năm 2016.
Nếu tiến độ được giữ nguyên, những con tàu vận tải thật ứng dụng công nghệ này có thể xuất hiện khoảng 5 đến 10 năm sau giai đoạn thử nghiệm ban đầu. Theo Gizmag, thiết kế nhiều khả năng phù hợp hơn với tàu vận tải thấp, chuyên chở vật liệu số lượng lớn như ngũ cốc, quặng và dầu. Ngược lại, những tàu container có các khối hàng xếp cao trên boong sẽ khó áp dụng, vì đặc điểm kết cấu và yêu cầu khai thác của chúng khác đáng kể.
