Высокотехнологичные поверхности могут значительно снизить сопротивление и выбросы CO2
Если бы корпуса судов были покрыты специальными высокотехнологичными материалами для улавливания воздуха, можно было бы избежать до одного процента глобальных выбросов CO2. К такому выводу пришли ученые из Боннского университета вместе с коллегами из Сент-Огастина и Ростока в недавнем исследовании. Согласно исследованию, суда могут сэкономить до 20 процентов топлива в результате снижения сопротивления. Если учитывать также так называемые противообрастающие эффекты, такие как уменьшение роста организмов на корпусе, снижение может даже удвоиться. Исследование теперь опубликовано в журнале «Философские труды А».
Корабли являются одними из худших жаровников в мире. Вместе они сжигают приблизительно 250 миллионов тонн в год и выделяют в воздух около миллиарда тонн углекислого газа — примерно столько же, сколько вся Германия выбрасывает за тот же период. Основной причиной этого является высокая степень сопротивления между корпусом и водой, которая постоянно замедляет движение корабля. В зависимости от типа корабля, перетаскивание составляет до 90 процентов потребления энергии. Это также делает его огромным экономическим фактором: в конце концов, потребление топлива отвечает за половину транспортных расходов.
Перетаскивание можно значительно уменьшить, используя технические приемы. Например, так называемая «технология микропузырьков» активно качает пузырьки воздуха под корпусом. Затем корабль движется по пузырьковому ковру, что снижает сопротивление. Однако производство пузырьков потребляет столько энергии, что общий эффект экономии очень мал.
Покрытия сохраняют воздух неделями
Новые высокотехнологичные покрытия могут обещать решение. Они способны удерживать воздух в течение длительных периодов даже недель. «Около 10 лет назад мы уже смогли продемонстрировать на прототипе, что в принципе можно уменьшить лобовое сопротивление до десяти процентов», — объясняет доктор Матиас Мейл из Института биоразнообразия растений Ниса в Боннском университете. один из авторов исследования. «Наши партнеры в Ростокском университете впоследствии достигли 30-процентного сокращения с помощью другого материала, разработанного нами». С тех пор различные рабочие группы взялись за принцип и развили его дальше. Технология еще недостаточно развита для практического использования. Тем не менее, авторы прогнозируют потенциал экономии топлива не менее пяти процентов в среднесрочной перспективе, но, скорее всего, даже 20 процентов.
В своей публикации в известной «Философской сделке» Британского королевского общества, основанной Исааком Ньютоном, они подсчитали экономические и экологические преимущества, которые это принесло бы. Например, коммерческий контейнеровоз на пути 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 уменьшенный рост ракушек и других водных организмов , который вызывает огромные дополнительные потери сопротивления, это количество даже увеличивается почти до 300 миллионов тонн. Это соответствует почти одному проценту глобальных выбросов CO2. «Конечно, эти цифры оптимистичны», — говорит Mail. «Но они показывают, какой потенциал имеет эта технология».
Гидрофобный плавающий папоротник
Высокотехнологичные слои основаны на моделях от природы, таких как плавающий папоротник Salvinia molesta. Это чрезвычайно гидрофобно: при погружении и повторном извлечении жидкость немедленно скатывается с него. После этого растение полностью высыхает. Или, если быть более точным: это никогда не было действительно мокрым во-первых. Потому что под водой папоротник окутывает себя чрезвычайно тонким налетом воздуха. Это предотвращает соприкосновение растения с жидкостью даже во время многонедельного погружения. Ученые называют это поведение «супергидрофобным».
Сальвиния имеет крошечные волоски, похожие на взбитые яйца, на поверхности листьев. Они водоотталкивающие у основания, но гидрофильные у их кончика. С помощью этих кончиков волос водный папоротник прочно «заколачивает» слой воды вокруг себя. Его маленькое платье из захваченного воздуха удерживалось на месте у слоя воды. Возможно, этот принцип вскоре вызовет сенсацию в совершенно ином контексте: как мощный смазочный материал для нефтяных танкеров.
