مقدمة: الثورة الهادئة في مجال التكاثر البحري

إن محيطات العالم أصبحت أكثر اعترافاً بأنها بيئات سمعية حيث لا تسودها الأضواء، إلا أن النشاط البشري، ولا سيما النقل البحري، قد أدخل تواضعاً لا هوادة فيه، وينخفض الترددات البحرية، حيث أصبح الآن يغطّي امتدادات شاسعة من البحر، وقد أدى هذا الاضطرابات الصوتية المزمنة إلى تعطيل السلوك، والاتصال، بل وحتى بقاء الأنواع البحرية، من أكبر حيتان إلى أصغر محرك كهربائي.

والتحول ليس مجرد لطيف بيئي، بل أصبح ضرورة تشغيلية، إذ أن الموانئ في سكاندينافيا وأمريكا الشمالية وأجزاء من آسيا تقوم الآن بإنفاذ حدود ضوضاء صارمة تحت سطح الماء، وتقوم المنظمة البحرية الدولية بوضع مبادئ توجيهية لتخفيف الضجيج في النقل البحري، وتظهر نظم الدفع الكهربائي بالفعل انخفاضا في الضوضاء يصل إلى 90 في المائة مقارنة بمجموعات الديزل التقليدية، مما يجعلها واحدة من أكثر الأدوات فعالية لمعالجة مشكلة لم يحظ بها إلا مؤخرا.

Understanding Marine Noise Pollution

وينشأ التلوث بالضوضاء البحرية من مصادر متنوعة، ولكن النقل البحري التجاري هو الأكثر انتشارا، إذ يمكن لسفن حاوية كبيرة واحدة أن تولد مستويات ضوضاء تحت الماء تتجاوز 180 نقطة (أي 1 ميكروبا) في نطاق الترددات المنخفضة التردد - الشفرة إلى إطلاق صاروخي في الهواء، وإن كانت أجهزة توليد الطاقة تعمل تحت الماء أكثر كفاءة.

الآثار الإيكولوجية: ما بعد انعدام الأمن

وبالنسبة للحيوانات البحرية، فإن الصوت هو المعنى الذي تعتمد عليه معظمها، فالسيتاس (الوان والدلافين) يستخدمان الترددات للصيد، ويتواصلان عبر أميال من خلال الأغاني المعقدة، ويُسلّمان طرق الهجرة الملاحية إلى الأجيال، ويتوقف الصيد على الصوت الذي يتجنب المفترسين، ويجد الزملاء، ويحدّد الأسباب المناسبة للارتفاع.

فبعد كل أنواعها، يغيّر تلوث الضوضاء النظم الإيكولوجية بأكملها، إذ لم يعد بإمكان المفترسين أن يسمعوا فريسة، ولا يمكن أن يكشفوا عن التهديدات، وهذا القناع الصوتي يعطل التفاعلات التكتيكية ويمكن أن يؤدي إلى انخفاض السكان في المناطق الحساسة، وقد حددت الأمم المتحدة الضوضاء تحت الماء كملوث عابر للحدود يتطلب اتخاذ إجراءات دولية منسقة، وبدأت بلدان مثل كندا ونيوزيلندا وأعضاء الاتحاد الأوروبي في إدراج الحد من الضوضاء في سياساتها المتعلقة بالتخطيط المكاني البحري.

How Electric Propulsion Reduces Noise

وبدلا من أن يكون المحرك الديزلي الكبير المتبادل الذي يتناوب آلياً على محرك الدفع المتحرك مع كل الضجيج في التروس، وازدحام الاحتراق، والهزاء الذي يستتبعه استخدام صندوق البطاريات (أو خلية الوقود) لتوليد جهاز أو أكثر من أجهزة الدفع التي تدور مباشرة أو أكثر من خلال محرك الصواعق.

آليات خفض الضوضاء

  • Elimination of combustion cycles:] Diesel motors produce cyclic variations in torque that induce harmonic vibrations in the hull. Electric motors deliver smooth, continuous torque, virtually eliminating these low-frequency tonal tops.
  • Reduced propeller cavitation:] Electric motors can accelerate and decelerate more precise than diesel motors, allowing for optim propeller speed matching and reducing cavitation - the dominant source of mid- and high-frequency noise.
  • Lowerميكانيكي complexity:] Fewer moving parts, no exhaust system, and simpler transmission paths mean less vibration transmitted to the hull and then into the water column.
  • Flexible component placement:] Electric motors can be installed in dedicated pods or azipods that further isolate noise and vibration from the hull structure.

وقد خلصت دراسة أجرتها الوكالة الأوروبية للسلامة البحرية تقارن عبّارة الديزل التي تبلغ 120 جوازا بمكافئ شامل للكهرباء إلى أن النسخة الكهربائية قلّصت مجموع الضوضاء المشعّة تحت الماء بمتوسط 22 درناً، مما يمثل انخفاضاً بنسبة 98.5 في المائة في الطاقة الصوتية، ولوضع ذلك من الناحية البشرية، فإن العبارة الكهربائية كانت أكثر هدوءاً من الضوضاء المحيطة بالخلف في معظم البيئات الساحلية، مما يجعلها مسافات البحرية غير قابلة للكشف.

مزايا الإنتاج الكهربائي فيما بعد

وفي حين أن الحد من الضوضاء غالبا ما يكون هو المنفعة الرئيسية، فإن الدفع الكهربائي يجلب مجموعة من المزايا الإضافية التي تعزز حالة الأعمال التجارية للمشغلين البحريين.

انخفاض مستويات النوايا وانخفاض معدل اليقظة

وكما ورد أعلاه، فإن الفائدة الصوتية المباشرة كبيرة، إذ بالنسبة للسفن التي تعمل في المناطق البحرية المحمية، أو بالقرب من طرق هجرة الحوت، أو في المناطق الحساسة من المنطقة القطبية الشمالية، يمكن أن تكون القدرة على التحول إلى طريقة قريبة من الصمود شرطاً للتصاريح أو لمميز تنافسي، كما أن الحد من الاحتراف يحسن من راحة الطاقم ويمتد من عمر الإلكترونيات الإلكترونية على متن السفن والأدوات الحساسة.

المنافع البيئية: الهواء النظيف والمياه النظيفة

وينتج الدفع الكهربائي انبعاثات من العادم الصفرية عند نقطة الاستخدام، مما يزيل أكاسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين، والمواد الجسيمية، وثاني أكسيد الكربون، وتجني مدن الموانئ التي تعاني بشكل غير متناسب من تلوث الهواء المتصل بالسفن فوائد صحية مباشرة من السفن الكهربائية، علاوة على ذلك، لأن السيارات الكهربائية لا تسرب زيوت المحركات، ولا تسربات وقودية أثناء عمليات التأجير، ولا توجد مخاطرة كبيرة على الإطلاق.

تكاليف الكفاءة التشغيلية ودورة الحياة الدنيا

أما السيارات الكهربائية فهي أكثر كفاءة بكثير من محركات الديزل - أي 90-95 في المائة مقارنة بنسبة 35-45 في المائة بالنسبة للديزل البحري، وعلى الرغم من أن تكلفة الكهرباء تختلف حسب المنطقة، فإن تكلفة الطاقة لكل ميل بحري يمكن أن تكون أقل بنسبة 30 إلى 50 في المائة بالنسبة لسفينة كهربائية عندما تكون الكهرباء مصدرها شبكات متجددة منخفضة التكلفة، كما أن تكاليف الصيانة لا تتطلب تغييرات في النفط، ولا توجد بدائل في استهلاك الوقود مقارنة بنسبة 87 في المائة.

المرونة التشغيلية والتكرار

ويمكن تشكيل نظم الدفع الكهربائي بطرق متعددة - كهربائية مشبع بالبطارية، أو مهجنة (الطاقة الديزلية)، أو مهجنة خلايا الوقود الهيدروجينية، وقد تدمج السفن المقبلة تصميمات مجهزة بالرياح أو مهجورة بالطاقة الشمسية، وهذا النموذج يسمح للمشغلين بالتكيف مع الأنظمة المتغيرة، وأسعار الطاقة، وملامح الطرق دون استبدال كامل للمحركات.

التحديات والطريق إلى الأمام

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن الدفع الكهربائي ليس حلاً عالمياً، ولا تزال هناك حواجز تقنية واقتصادية كبيرة، ولا سيما بالنسبة للسفن الكبيرة التي تبحر في المحيطات.

قدرة البطارية وكثافة الطاقة

ولا تزال كثافة الطاقة في البطاريات الحالية لليثيوم )حوالي ٢٠٠-٣٠٠ من الكيلوغرام( أقل من وقود الديزل )٠٠٠ ١٠ من العجلات/كغ، مما يمثل كفاءة المحرك( بالنسبة لسفينة حاوية تحتاج إلى عبور المحيط الهادئ، فإن مجموعة البطاريات القادرة على تخزين الطاقة الكافية ستشغل معظم سفن الشحن ووزن آلاف الأطنان، مما يحد من الاندفاع الكامل للكهرباء إلى سفن الصيد القصيرة والسفن الساحلية

التكاليف الرأسمالية الأولية والهياكل الأساسية للنقل

وتتحمل السفن الكهربائية سعرا أعلى في معظم الأحيان يتراوح بين 30 و60 في المائة من وعاء الديزل التقليدي - الذي يلحق بنظم البطاريات والإلكترونيات الكهربائية ومعدات الشحن في المناطق الساحلية - وبالنسبة للعديد من صغار المشغلين، فإن هذه القسط محظور دون إعانات أو تمويل خضراء، وعلاوة على ذلك، فإن البنية التحتية للشحن هي منفذة، بينما توجد حفنة من الموانئ (مثلا، أوسلو، وهيلسينكي، وبيرغن)

سائقو ومحفزات تنظيمية

وقد أدى الضغط الخارجي إلى تعجيل عملية التبني، إذ إن الاستراتيجية الأولية للمنظمة البحرية الدولية بشأن خفض انبعاثات غازات الدفيئة من السفن، إلى جانب تدابير إقليمية مثل " الدول التي تمر بمرحلة انتقالية " () التي تصدر بموجب أوامر نقل بحرية من الاتحاد الأوروبي ([FuelEU Maritime) وهي لائحة (تحدد هدف استخدام الوقود المتجددة بنسبة 2 في المائة اعتباراً من عام 2025، والزيادات على مر الزمن) تؤدي إلى دفع الشحن إلى استخدام تكنولوجيا الإطلاق.

المستقبل: المحيط الهادئ داخل منطقة الوصول

الهجين والإنجاب الذكاء

وبالنسبة للمستقبل المنظور، سيعمل معظم الأسطول العالمي على نظم هجينة يمكن أن تتحول بين الديزل والطاقة الكهربائية، ويمكن لهذه السفن أن تعمل على الكهرباء في المناطق الحساسة من الضوضاء وفي البيرث، مع استخدام الديزل للمرورات السريعة العالية السرعة أو الممرات الطويلة من المياه المفتوحة، بل إن نظم إدارة الطاقة الذكية - التي تقسم ضوضاء الدفعات البحرية على الوجه الأمثل بين البطاريات المولدة.

شركات نقل الطاقة البديلة والإنذار

وتكتسب خلايا وقود الهيدروجين أرضاً كتكنولوجياً مكملة للسفن الأكبر حجماً، وتنتج خلايا الوقود الكهرباء التي لا تحمل انبعاثات صفرية وضوضاء منخفضة للغاية، وإن كانت ذات كفاءة عامة أقل من نظم البطاريات النقية، فأول عبّارة هيدروجينية سائلة في العالم، وMF Hydra[F.] (العمل في النرويج)، تستخدم ضوضاء خلايا كهيدية قابلة للمقارنة تماماً.

التدوين الصوتي وتصميم المبرول

وحتى بدون كهربة كاملة، يمكن الحد من الضوضاء عن طريق استخدام محركات الدفع العالي الاستخدام الأمثل، وإلغاء الضغط والنبض، والتشكيلات الملتقطة، مع اقترانها بالكهرباء، يمكن أن تؤدي هذه التحسينات إلى خفض مستويات الضوضاء إلى ما يقرب من الغموض، وتشير البحوث التي أجريت في معهد جنوبيمونت لبحوث الصوت والتأشيرات إلى أن الجمع بين معاطف الدفع الكهربائي وأجهزة الدفع المتقدمة قد يؤدي إلى إحداث تراكم.

العودة الاقتصادية والإيكولوجية

والاستثمار في الدفع الكهربائي الهادئ يدفع أرباحا تتجاوز الامتثال، إذ أن السفن الأكثر هدوءاً أقل احتمالاً لتبديد سلوكيات تجنب في الأسماك، مما قد يؤدي إلى تحسين معدلات الصيد بالنسبة لسفن الصيد التي تعتمد التكنولوجيا، وقد تستفيد الموانئ التي تجتذب السفن الكهربائية من نوعية جوية أفضل ومن ضوضاء أقل بالنسبة للسكان القريبين، والأهم من ذلك أن الحد من الضجيج تحت الماء يتيح للحيوانات البحرية فرصة لاستعادة الحيز الصوتي الذي تحتاج إليه للبقاء.

ولن يحدث الانتقال بين عشية وضحاها، إذ يبلغ عدد الأسطول العالمي أكثر من 000 100 سفينة، ويبلغ متوسط عمر هذه السفن 25 إلى 30 سنة، ومع ذلك فإن القوى الهندسية والتنظيمية والسوقية تتواءم مع ما لم يحدث من قبل، فقد انخفضت تكاليف البطارية بنسبة 90 في المائة منذ عام 2010؛ وأصبحت المحركات الكهربائية الآن منتجة جماعيا للسيارات بجزء صغير من تكلفتها التاريخية؛ وتناقش المنظمة البحرية الدولية الحدود الضوضاء للسفن الجديدة.

وقد كان المحيط، منذ عقود، ضحية مخفية لحاجتنا إلى نقل البضائع، إذ أن الدفع الكهربائي يوفر وسيلة لفك بعض الضرر - لا بوقف التجارة، بل عن طريق جعله أكثر هدوءا وأنظفا وأكثر استدامة في نهاية المطاف، وبما أن التكنولوجيا تنضج وتمتد عبر الأسطول، فإن البحر قد يصبح مرة أخرى ملاذا للصوت الطبيعي، حيث يمكن لأغنية الحوت أن تسافر دون أي انحراف إلى البيت، حيث يُطلق عليها الوئام العالمي.