Vận chuyển hàng hải “xanh” hơn nhờ cánh buồm bơm hơi

(kenhsinhvien.vn) Thuyền buồm có lịch sử hơn 5000 năm, khi người Ai Cập cổ đại lênh đênh trên sông Nile bằng thuyền gỗ chạy nhờ sức gió và mái chèo. Nhưng khi động cơ hơi nước và động cơ diesel ra đời cũng như toàn cầu hóa làm tăng nhu cầu giao thương kịp thời, cánh buồm đã bị hạ xuống.

Ngày nay, cánh buồm đang trở lại khi ngành công nghiệp vận chuyển hàng hải hướng đến loại bỏ cacbon. Nhưng những cánh buồm mới trông không giống gì cánh buồm trong quá khứ. Cao, trắng tinh và phồng to, cánh buồm bơm hơi khổng lồ được thiết kế bởi nhà sản xuất lốp xe Michelin gần giống với người đàn ông Michelin – linh vật của công ty – hơn so với buồm vải truyền thống. Được sản xuất từ chất liệu linh hoạt mà công ty không tiết lộ, cánh buồm này có thể bơm hơi hoặc xả hơi chỉ với một nút bấm. Không cần thủy thủ đoàn nào để giăng buồm, và tự động xoay để bắt gió, được trang bị cảm biến đo hướng gió và tốc độ gió.

Được dự tính trang bị thêm lên tàu chở hàng hiện có, cánh buồm sẽ hoạt động song song với động cơ tàu, làm giảm sự phụ thuộc tổng thể vào nhiên liệu hóa thạch. Michelin ước tính mức tiết kiệm nhiên liệu có thể cao 20%.

Buồm của Michelin sẽ lớn hơn 3000 bộ vuông, và được trang bị lên boong của tàu buôn, như ảnh phối cảnh trên đây. Ảnh: Michelin

“Mục đích của chúng tôi là muốn đóng góp vào quá trình loại bỏ cacbon trong vận chuyển hàng hải,” trưởng dự án tính cơ động của cánh buồm (WISAMO) cho biết. Anh nói thêm rằng khi quy định xoay quanh vấn đề phát thải cacbon tăng lên, nhu cầu tìm kiếm giải pháp thay thế xanh cũng sẽ tăng.

Theo Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), vận chuyển hàng hải chủ yếu chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, chiếm khoảng 3% phát thải khí nhà kính trên toàn cầu.

Quá trình loại bỏ cacbon là một quá trình chậm chạp, với lượng phát thải từ vận chuyển hàng hải tăng lên trong thập kỷ vừa qua. Nhưng theo một báo cáo được công bố năm nay từ Viện Kỹ sư Cơ khí, cánh buồm hiện đại có thể giúp tăng tốc sự chuyển dịch này. Nó đốc thúc ngành công nghiệp này tiếp nhận công nghệ, nhấn mạnh “cánh buồm thế kỷ 21” có thể đóng vai trò đáng kể trong việc giảm phát thải của ngành, nhất là khi được trang bị thêm trên tàu chở hàng.

Cánh chứ không phải buồm

Nhờ vào kích thước, chất liệu và tính tự động hóa, cánh buồm hiện đại có thể tận dụng gió nhiều hơn so với cánh buồm trong quá khứ. Trên thực tế, chúng giống với cánh máy bay hơn một chiếc buồm vải thông thường, được thiết kế để tạo ra lực nâng vuông góc với hướng gió với lực cản khí động lực học nhỏ nhất có thể.

“Chúng không phải buồm, mà là cánh,” Dailliez cho biết. Chúng có thể được lắp đặt trên tàu buôn hiện có, khiến công nghệ này trở nên hấp dẫn với thị trường vận chuyển hàng hải trên diện rộng, đồng thời cũng phát thải ít cacbon nhất vì những tàu cũ có xu hướng gây ô nhiễm nặng hơn.

Ở Switzerland năm nay, một phiên bản buồm Michelin nhỏ hơn đã được thử nghiệm trên du thuyền dài 40 bộ. Ảnh: Michelin

Tuy nhiên, thiết kế của Michelin vẫn còn lâu mới đơm hoa kết trái. Công ty không tiết lộ liệu họ có bảo đảm cho bất kỳ khách hàng thương mại nào không, và cho đến nay, chỉ mới thử nghiệm phiên bản thiết kế 1000 bộ vuông, kéo đi một du thuyền dài 40 bộ ở hồ Neuchatel, Switzerland. Dù thử nghiệm thành công, nhưng nó khác xa với tàu chở hàng rời dài 500 bộ trở lên hoặc tàu chở dầu. Anh hy vọng công ty sẽ thử nghiệm phiên bản lớn hơn, từ 3000-5000 bộ vuông, trên tàu chở hàng vào năm 2022 trước khi tiến hành sản xuất kích thước thật.

Nhưng Michelin không phải công ty duy nhất mang cánh buồm công nghệ cao đến với tàu chở hàng. BAR Technologies của Anh đã ký hợp đồng với gã khổng lồ hàng hải Cargill của Mỹ để trang bị thêm “WindWings” lên tàu chở hàng rời mà công ty thuê năm 2022.

Dựa trên lý thuyết tương tự như thiết kế của Michelin nhưng được làm từ thép, kết cấu cao 150 bộ này không chỉ hoạt động giống như cánh máy bay mà còn có ngoại giống như vậy. Thay vì bơm hơi hoặc xả hơi, chiếc cánh này sẽ được đặt thẳng đứng trên boong tàu chở hàng và có thể xếp phẳng xuống để chui qua cầu hoặc vào cảng.

“WindWings” của BAR Technologies (ảnh phối cảnh ở đây) có thể hạ thủy năm 2022, kết quả của sự hợp tác với Cargill. Ảnh: BAR Technologies

Cánh buồm cứng này trông giống với cánh buồm trên Oceanbird, một tàu vận tải xe hơi xuyên Đại Tây Dương bằng sức gió dài 650 bộ do xưởng đóng tàu Wallenius Marine của Thụy Điển thiết kế, sẽ thực hiện chuyến ra khơi đầu tiên năm 2024.

Khác với Oceanbird chỉ dựa vào gió, cánh của BAR Technologies sẽ hoạt động song song với động cơ – làm tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu của con tàu lên 25-30%.

CEO John Cooper của BAR Technologies giải thích rằng 100% năng lượng gió có hiệu quả đối với những tuyến hàng hải luôn có gió hoặc trong những trường hợp có thể chấp nhận được việc tàu đến trễ vài ngày. Nhưng anh cho biết đó không phải lựa chọn cho phần lớn vận chuyển hàng hải thương mại.

Dù công ty không tiết lộ giá bán cánh buồm, Cooper cho biết nó sẽ hoàn vốn hơn là có giá.

“Khuyến khích kinh tế rõ ràng là giảm thiểu nhiên liệu,” anh nói, “và khi ta giảm lượng nhiên liệu, khí nhà kính sẽ giảm.” Khoản tiết kiệm này sẽ bù đắp cho chi phí lắp đặt và sẽ tăng nếu thuế cacbon toàn cầu được tính vào, hoặc khi nền công nghiệp này chuyển sang sử dụng nhiên liệu giảm thải cacbon giá thành đắt hơn, như khí hydro, ammonia hoặc khí lỏng tự nhiên.

Sức ép thấp

Tuy nhiên, ngành công nghiệp vận chuyển hàng hải có lẽ cần động lực lớn hơn để tiếp nhận công nghệ này, phó giáo sư Tristan Smith cho biết.

Động cơ đẩy gió từ lâu đã được xem như một phương án để giảm thiểu sự phụ thuộc của vận tải hàng hải vào dầu diesel, ông giải thích. Rô-tơ Flettner, một công nghệ có từ những năm 1920, gồm có các xy lanh thẳng đứng xoay bằng sức gió và tạo ra chuyển động tiến lên, đã được sử dụng trên tàu chở hàng, như tàu chở dầu Timberwolf (trước đây là Maersk Pelican) và m/v Afros, được cho là tiết kiệm nhiên liệu hơn 10%. Diều gió khổng lồ bay phía trước và kéo con tàu bằng dây thừng cũng đã được đề xuất, với công ty SkySails của Đức tuyên bố nó có thể tiết kiệm trung bình 10-15% nhiên liệu mỗi năm.

Năm 2018, công ty Anemoi Marine của Anh đã lắp đặt 4 rô-tơ cao 16 mét lên tàu chở hàng rời m/v Afros. Ảnh: Anemoi Marine Technologies

Nhưnh dù tiết kiệm, công nghệ này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. “Có một thập kỷ thiết kế (động cơ đẩy gió) trông rất đẹp, tiết kiệm chi phí, về lý thuyết là tự chi trả, nhưng chưa được chế tạo,” Smith cho biết. “Không phải vì chúng không tiết kiệm nhiên liệu, mà rõ ràng là vì chúng không tiết kiệm đủ nhiên liệu so với chi phí bỏ ra.”

Một điểm đáng chú ý khác nữa là người thuê tàu thường là bên trả tiền nhiên liệu, chứ không phải chủ tàu. Điều này nghĩa là chủ tàu sẽ có ít động cơ hơn để chi trả cho công nghệ tiết kiệm nhiên liệu và tương tự, người thuê có thể không thuê con tàu đủ lâu để có thể nhìn thấy lợi ích.

Cooper thừa nhận “nan đề” này nhưng có niềm tin rằng khi nhu cầu tăng lên, người thuê tàu sẽ sẵn lòng chi trả mức giá thuê đắt hơn vì họ sẽ chi tiêu cho ít nhiên liệu hơn.

Smith đề xuất cần thay đổi những quy định để khuyến khích sử dụng năng lượng gió. Dù IMO đã thiết lập mục tiêu giảm một nửa phát thải trong toàn ngành công nghiệp trong 30 năm tới, nhưng vẫn còn thiếu quy định và sự thực thi chặt chẽ, và dù EU đã đề xuất thu phí môi trường lên chủ tàu, nhưng quy định này vẫn chưa có hiệu lực.

Như trong ảnh phối cảnh trên, cánh buồm của Michelin bơm hơi hoặc xả hơi chỉ với một nhút bấm, khiến tàu chở hàng dễ dàng vào cảng hoặc chui qua cầu. Ảnh: Michelin

“Về cơ bản, chúng ta đang bỏ lỡ một cơ hội để có thể làm giảm hàng ngàn hàng trăm triệu tấn phát thải khí nhà kính vì các cơ quan quản lý không đưa ra quyết định đúng đắn kịp thời ở thời điểm này,” ông nói.

Cooper của BAR Technologies thì lạc quan hơn. “Gió là nhiên liệu miễn phí”, ông nói, và khi một số công ty có trách nhiệm và quan tâm đến khí hậu bắt đầu lắp đặt cánh buồm, giá cả của công nghệ này sẽ giảm xuống, làm tăng khả năng tiếp cận và khiến tình hình kinh doanh thậm chí còn vượt trội hơn.

“Mọi người sẽ bắt đầu làm điều đúng đắn, chứ không còn bị luật pháp ép buộc làm điều đúng đắn,” anh nói.

Nếu không được kiểm soát, vận chuyển hàng hải có thể chiếm tới 1/5 phát thải trên toàn cầu vào năm 2050. Nhưng công nghệ động cơ đẩy gió hiện đại có thể giúp ngành công nghiệp này loại bỏ cacbon. Nhà sản xuất lốp xe Michelin đã thiết kế cánh buồm bơm hơi khổng lồ (ảnh phối cảnh trên đây) có thể trang bị cho tàu chở hàng hiện có, và có thể bơm hơi hoặc xả hơi chỉ với một nút bấm, giúp tàu dễ dàng vào cảng hoặc chui qua cầu.

Cho đến nay, Michelin chỉ mới thử nghiệm phiên bản mini của thiết kế trên một du thuyền dài 40 bộ (ảnh), nhưng công ty hy vọng sẽ đi vào sản xuất kích thước thật vào năm 2022. Công ty cho biết cánh buồm hoạt động đồng thời với động cơ tàu, có thể giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ 20%.

BAR Technologies của Anh đã thiết kế cánh buồm cứng cao 150 bộ, có thể được trang bị thêm lên tàu chở hàng (ảnh phối cảnh trên đây). Công ty đã thỏa thuận với gã khổng lồ hàng hải Cargill của Mỹ để lắp đặt cánh buồm của mình lên một con tàu chở hàng rời vào năm 2022, và cho biết cánh buồm sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu lên hơn 25%.

Cánh buồm cứng, trông giống như cánh máy bay hơn so với buồm vải truyền thống, cũng đang được lắp đặt lên Oceanbird, một tàu vận tải xe hơi xuyên Đại Tây Dương (ảnh phối cảnh trên đây) sẽ ra khơi năm 2024. Con tàu chủ yếu dựa vào sức gió, cắt giảm phát thải cacbon 90%.

Công TOWT của Pháp (TransOceanic Wind Transport) cũng gần như dựa hoàn toàn vào sức gió và sẽ hạ thủy đội tàu chở hàng quy mô công nghiệp đầu tiên của mình năm 2023. Những con tàu này (ảnh phối cảnh trên đây) sẽ chở ca cao, cà phê, sâm panh, đường và những sản phẩm khác qua 4 tuyến đường hàng hải. Mỗi con tàu sẽ được trang bị hệ thống theo dõi thông minh để khách hàng cao cấp có thể giám sát vận chuyển và xem phát thải cacbon giảm được bao nhiêu.

Rô-tơ – xi lanh thẳng đứng quay nhờ gió và tạo ra chuyển động tiến lên – là một loại công nghệ lực động cơ đẩy gió khác đang được triển khai trên tàu chở hàng. Năm 2018, công ty Norsepower của Phần Lan đã lắp đặt 2 rô-tơ trên tàu chở dầu Timberwolf (trước đây là Maersk Pelican) dài 800 bộ. Trong năm đầu vận hành, ghi nhận mức tiết kiệm nhiên liệu 8%.

Công ty Anemoi Marine của Anh đã lắp đặt 4 rô-tơ cao 16 mét lên tàu chở hàng rời m/v Afros. Trên tuyến hàng hải thường xuyên từ Nantong đến Vancouver và khứ hồi, mức tiết kiệm ước tính là 12,5%, giảm 73 tấn nhiên liệu và 235 tấn CO2.

Một công nghệ dùng sức gió khác đã được đề xuất là diều gió, sẽ bay phía trước và phụ kéo con tàu. Công ty SkySails của Đức đã thử nghiệm công nghệ diều gió của mình và nhận thấy công nghệ này có thể tiết kiệm trung bình 10-15% nhiên liệu mỗi năm. Ưu điểm là chúng không chiếm nhiều không gian trên boong, vốn đặc biệt quan trọng trên tàu chở container, nhưng việc hạ thủy và sửa chữa có thể phức tạp hơn.