Если бы корпуса кораблей были покрыты специальными высокотехнологичными воздухоулавливающими материалами, можно было бы избежать до одного процента глобальных выбросов CO2. К такому выводу пришли ученые из Боннского университета вместе с коллегами из Сент-Огюстена и Ростока в недавнем исследовании. Согласно исследованию, корабли могут сэкономить до 20 процентов топлива в результате уменьшения лобового сопротивления. Если также принять во внимание так называемые противообрастающие эффекты, такие как уменьшение роста организмов на корпусе, это снижение может быть даже удвоено. Исследование опубликовано в журнале Philosophical Transactions A..
Корабли являются одними из худших пожирателей топлива в мире. Вместе они сжигают примерно 250 миллионов тонн в год и выбрасывают в воздух около одного миллиарда тонн углекислого газа - примерно столько же, сколько выбрасывает вся Германия за тот же период. Основной причиной этого является высокая степень сопротивления между корпусом и водой, которая постоянно замедляет корабль. В зависимости от типа корабля на сопротивление приходится до 90 процентов потребления энергии. Это также делает его огромным экономическим фактором: в конце концов, расход топлива составляет половину транспортных расходов.
Сопротивление можно значительно уменьшить с помощью технических приемов. Например, так называемая «микропузырьковая технология» активно нагнетает пузырьки воздуха под корпус. Затем корабль движется по пузырчатому ковру, что снижает сопротивление. Однако производство пузырей потребляет так много энергии, что общий эффект экономии очень мал.
Покрытия сохраняют воздух в течение нескольких недель
Новые высокотехнологичные покрытия могут стать решением. Они способны удерживать воздух в течение длительного периода, даже недели. «Примерно десять лет назад мы уже смогли продемонстрировать на прототипе, что в принципе можно уменьшить лобовое сопротивление на десять процентов», - объясняет доктор Матиас Майл из Института биоразнообразия растений Ниса при Боннском университете. один из авторов исследования. «Наши партнеры из Ростокского университета позже добились 30-процентного сокращения с помощью другого материала, разработанного нами». С тех пор различные рабочие группы подхватили этот принцип и развили его дальше. Технология еще недостаточно зрела для практического использования. Тем не менее, авторы прогнозируют потенциал экономии топлива не менее пяти процентов в среднесрочной перспективе, а скорее даже 20 процентов.
В своей публикации в журнале Philosophical Transactions Британского королевского общества, основанного Исааком Ньютоном, они рассчитали экономические и экологические преимущества, которые это принесет. Например, коммерческий контейнеровоз, следующий из Балтимора (США) в Бремерхафен, может сократить расходы на топливо до 160 000 долларов США. Во всем мире выбросы углекислого газа, вызывающего парниковый эффект, будут сокращены максимум на 130 миллионов тонн.
Принимая во внимание снижение роста ракушек и других водных организмов, что приводит к огромным дополнительным потерям сопротивления, это количество даже возрастает почти до 300 миллионов тонн. Это соответствует почти одному проценту глобальных выбросов CO2. «Конечно, эти цифры оптимистичны, - говорит Мейл. «Но они показывают, какой потенциал у этой технологии».
Гидрофобный плавающий папоротник
Высокотехнологичные слои основаны на моделях из природы, таких как парящий папоротник Salvinia molesta. Он чрезвычайно гидрофобен: при погружении в воду и повторном извлечении жидкость немедленно скатывается с него. После этого растение полностью высыхает. Или, если быть более точным: во-первых, он никогда не был по-настоящему влажным. Потому что под водой папоротник кутается в чрезвычайно тонкое воздушное платье. Это предотвращает контакт растения с жидкостью даже во время многонедельного погружения. Ученые называют такое поведение «супергидрофобным».
Сальвиния имеет крошечные волоски, похожие на взбивалки, на поверхности листьев. Они водоотталкивающие у основания, но гидрофильные на кончике. Этими кончиками волос водный папоротник прочно «прикалывает» вокруг себя слой воды. Его маленькое платье из захваченного воздуха удерживается на месте слоем воды. Возможно, этот принцип вскоре вызовет сенсацию совсем в другом контексте: в качестве сильнодействующей смазки для нефтяных танкеров.