新材料使船舶更具可持续性且对海洋生物的干扰更少| 地平线杂志


使用船舶运输货物对全球温室气体排放做出了巨大贡献,每年释放约9.4亿吨二氧化碳。 在欧洲,海上运输约占所有运输排放量的13%。 造船本身会消耗能量并在船的使用寿命结束时产生废物,而仅将船的某些部分改道。

TSI(一家专门从事海洋活动的工程公司)的研发主管阿方索·尤拉多·富恩特斯(Alfonso Jurado Fuentes)表示:“(船舶)被运往报废设施,其中大部分在非洲或亚洲。” “这些材料中的许多材料极度降解且无用,但其中一些被用作这些大陆上重要的原材料来源。”

建造较轻的船舶是可以帮助减少排放的一种策略。 例如,使用复合材料(例如,纤维增强塑料(FRP))代替钢,可以减轻船舶的重量并降低燃油消耗。 德国汉堡海事技术中心的马蒂亚斯·克劳斯(Matthias Krause)说:“您的好处是减少了燃料消耗,然后排放了较少的污染物气体。” “这也意味着每运输一公斤有效载荷的排放量减少。”

此外,使用复合材料可以延长船的使用寿命,因此减少了建造所需的资源。 钢船经常会因腐蚀而损坏,最终将不再可能进行维修,而使用非金属材料时,这并不是问题。 Jurado Fuentes说,还可以更好地重复使用复合材料制成的容器,因为它们可以在使用寿命结束时得到更好的回收利用。 尽管约有34%的钢船被改道,但据认为最多有75%的复合材料船可以重获新生。

“我们一直在研究不同的技术和技术进步,以证明设计,建造和操作这类船舶是可行的。”

西班牙TSI的Alfonso Jurado Fuentes

金属螺旋桨

作为RAMSSES项目的一部分,克劳斯(Krause)和他的同事们正在研究使用新材料和新技术来制造从游轮船舱到船舵的大型船舶的特定组件。 例如,他们正在研究如何使用3D打印技术制造金属螺旋桨,该技术将允许使用空心且重量更轻的叶片。 螺旋桨也将更安静并且发出更少的振动。 克劳斯说:“如果您正在考虑对环境的好处,那也意味着减少噪音,这对海洋中的动物是有害的。”

该团队生产了多个零件的原型,例如由FRP制成的船体。 他们与荷兰的一家生产巡逻船的造船厂合作,需要开发一种新型树脂,这种树脂的凝固速度不会太快,因为他们想制造一部分六米高的船体。

他们能够证明,与用钢制成的复合船体相比,其对环境的影响较小。 考虑到诸如温室气体排放和气溶胶形成等因素会影响空气质量,它的重量减轻了24%以上,据他们计算,这将使运营期间的环境足迹降低25%。

复合材料还可用于修复受损的钢船并延长其使用寿命。 例如,由复合材料制成的贴片可用于裂缝或加固焊接在一起的区域。 热那亚一家名为Cetena的海洋研究和咨询公司的项目协调员兼高级研究员Carlo Cau说:“我们正在研究复合结构与钢之间的联系,以便有一种更简便的方法来进行(快速)船上快速安全的修理。” , 意大利。

Fibreship项目研究了用复合材料(例如FRP(纤维增强塑料))建造整个船只的可行性。 图像信用-TSI

复合材料

另一种方法是专注于用复合材料制成整个容器,这是Jurado Fuentes和他的同事们的目标。 他们研究了作为Fibership项目的一部分在FRP之外建造长度超过50米的大型船舶的可行性。 他们的主要目标是例如通过提出尚不存在的设计准则和性能标准,为这些船舶的设计和建造奠定基础。 尤拉多·富恩特斯说:“我们一直在研究不同的技术和技术进步,以证明设计,建造和操作这类船舶是可行的。”

该小组的成员设计了三种不同的FRP船:一艘集装箱船,一艘渔业研究船和一艘可以运输货物,车辆和乘客的船,称为RoPax。 由于他们的集装箱船设计将使船舶更加轻便,因此他们计算出,与钢制同行相比,满载时它能够多载运17%的货物。 通过他们的渔业研究船设计,他们能够使总重量减少36%。

他们的RoPax设计还可以显着减轻重量,从而减少燃油消耗。 由于这种类型的船只比其他两个需要更高功率的船只行驶的速度要快得多,因此节省成本也将是最重要的。 尤拉多·富恩特斯(Jurado Fuentes)表示,与钢制船只相比,这是一个更好的投资机会。

尽管团队的预算不允许建造完整的FRP船原型,但他们还是在法国拉西约塔(La Ciotat)的IXBLUE设施上建造了一艘渔业研究船。 它的尺寸为11 x 11 x 8.6米,其中包括一个带有机舱一部分的底层甲板和一个带有乘客舱的上层甲板。 该团队能够证明用复合材料建造大型结构是可行的。

“您的好处是消耗更少的燃料,然后排放更少的污染物气体。”

Matthias Krause,德国海事技术中心

要求

但是在复合材料船成为现实之前,仍有许多障碍需要克服。 Cau和他的同事发现,要使舰船部件满足所有不同的要求是很棘手的。 例如,他们创建的一个面板耐火且具有令人满意的机械性能,但不符合噪音和振动标准,这可能会妨碍机上乘客的舒适度。 Cau说:“有很多方面需要满足,而在同一产品中满足所有这些要求的能力是我们要解决的问题。”

还需要做进一步的工作来解决回收FRP船的使用寿命。 在欧洲,很少有设施能够回收复合材料,在这种情况下,首先需要分离纤维,树脂和其他材料。 尤拉多·富恩特斯(Jurado Fuentes)表示:“如今,回收许多FRP元素确实非常昂贵。” 我认为需要更多的研究和投资。

对于完全由FRP制成的大型船舶,主要挑战是证明它们符合国际海事组织(IMO)制定的消防安全标准。 玻璃钢是一种可燃材料,目前很难及时疏散玻璃钢船以避免人员伤亡。 它的材料特性在高温下也无法保持,因此容器可能会坍塌。 复合材料制造商正在开发不可燃的FRP树脂,并且船上空间的设计方式也有助于提高消防安全性。

Jurado Fuentes认为,大型复合材料船可能会在大约15年后开始航行,因为行业中也已经制定了设计和建造的法规和标准。 他说,提高这些船只的安全性是技术进步的问题。

本文中的研究是由欧盟资助的。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。

2021年4月13日更新:增加了Fibreship项目的造船设施名称IXBLUE。



This article – “新材料使船舶更具可持续性且对海洋生物的干扰更少| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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