وتنتقل صناعة النقل البحري العالمية بأكثر من 80 في المائة من التجارة العالمية بالحجم، ولكنها تتحمل تكلفة بيئية كبيرة، وتسهم بنسبة 3 في المائة تقريبا من الانبعاثات السنوية لغازات الدفيئة، حيث أن الجهات التنظيمية تشدد أهداف إزالة الكربون في إطار المنظمة البحرية الدولية، وتستكشف المواد ذات الأهمية القصوى؛ وتزيد من تركيز المواد المتعلقة بالوقود على المواد ذات الأهمية القصوى في مجال النقل البحري () على استراتيجية الغازات ذات المدارية الخضراء، وعلى أصحاب السفن، وعلى وزنها، وعلى المواد المصممين، وعلى المواد المادية.

The Environmental and Economic Case for Lighter Ships

وكل طن من الفولاذ المستخرج من السفينة " ويقلل تصميمه بصورة مباشرة من التشريد ويقلل من الجر المائي ويخفض الطاقة اللازمة للحفاظ على سرعة معينة، وبالنسبة لسفينة حاوية كبيرة أو ناقلة، يمكن أن يعادل ذلك آلاف الأطنان من الوقود المنقذ سنويا، مع ما يقابل ذلك من انخفاض في كثافة ثاني أكسيد الكربون، وأكسيدات الكبريت، ونسبة انبعاثات أكسيد النيتروجين (2030).

(ب) استمرار ارتفاع قيمة الوقود من 6 في المائة إلى 8 في المائة، تبعاً لنوع السفن وسرعة استخدامها، وبالنسبة لمشغل الأسطول الذي يدير عشرات السفن، يمكن أن تصل الفوائد المالية المتراكمة إلى مئات الملايين من الدولارات، في حين أن انخفاض قيمة الوقود بنسبة 10 في المائة إلى 8 في المائة، تبعاً لنوع وسرعة السفن.

How Weight Influences Ship Performance and Emissions

فيزياء التشرد والرد

:: يمكن أن تؤدي زيادة عدد المحركات إلى الحد من المركب؛ وتنظم المقاومة عن طريق المياه أساساً بمنطقة مساحات مبللة، وعندما تنخفض الوزن الهيكلي، ترتفع السفينة، وتخفض من قدرة المزودين بالوزن المبتذل والمقاومة الاحتكاكية، وهذا التأثير واضح بشكل خاص بالنسبة لمركبات الوقود العالية السرعة، والأسمدة، والسفن البحرية، بل ويستفيد من انخفاض معدلات عوامل الإنتاج الخفيف بنسبة 5 في المائة.

جيم - القدرة على تحمل عبء العمل

فبخلاف كفاءة الوقود، يؤدي هيكل خفيف إلى تعزيز القدرة على تحميل الوقود، إذ يمكن، بالنسبة للتشريد، تخصيص كل كيلوغرامات محتفظة بالوزن الهيكلي للشحنات أو الركاب أو زيادة القدرة على الوقود والبطارية لنظم الدفع البديلة، وفي قطاع الرحلات السياحية، يمكن أن يترجم ذلك إلى عدد أكبر من الكابينات أو المرافق؛ وفي قطاع الشحنات، يمكن أن تُخصم طاقة أعلى من الطاقة الكهربائية في قطاع الشحن دون زيادة حجم مركز القاذورات؛ كما أن تؤدي إلى زيادة في إنتاج المواد الصلبة؛ كما أن تؤدي إلى تحسين القدرة على إنتاج السفن.

تطوير المواد البحرية المتقدمة

ويعتمد بناء السفن التقليدي على الصلب الصغير، الذي يقدر قوته، وقابليته للذوبان، وانخفاض التكلفة، إلا أن المواد البديلة توفر الآن نسبا أعلى من القوة إلى الوزن، ومقاومة التآكل، ومرونة التصميم، وقد تم بالفعل نشر هذه المواد في التطبيقات المتخصصة والسفن ذات الأداء العالي، مع تزايد انتشارها في الشحن التجاري.

Fiber-Reinforced Polymer Composites

كما أن المركبين من المركبين من طراز " ميداش " ، أو مصفوفة من البوليستر أو مستر الفينيل أو البيروكسي المعززة بالزجاج أو الكربون أو الألياف الهرمية، أو المدخرات من وزن البوليمرات الحساسة من حيث الماء، تتراوح بين 30 و 50 في المائة، مقارنة بالفولاذ مقابل الأداء الهيكلي المكافئ، كما أن البوليمرات المركبة المتحررة تزيد من هذه الميزة، مما يتيح القدرة على الصمامية.

(أ) الأسمدة العالية السرعة، والسفن القتالية الساحلية، والهياكل الأساسية للسفن البحرية مثل " تقييم " الأطعمة " () " المزودة بمقياس " FLT " ، والمركبات المحتوية على مركب " ، وهي مركبة ذات درجة أعلى من " مركب " ، ومع ذلك فإن الإطار المهيمن للمركبات الكربونية " هو معيار التكلفة بالنسبة للشحن.

وقد استجابت مجتمعات التصنيف بمعايير جديدة، وينشر المكتب الأمريكي للنقل البحري (ABS]) مبادئ توجيهية للهياكل المركبة، بينما يتناول DNVrsquo؛ وDNV-ST-C501 عناصر مركبة، وتعالج هذه القاعدة أنماط الفشل التي تنفرد بها المركبات، مثل إزالة المعاطف وتحسينات الألياف، مما يتيح اعتمادا أوسع.

Aluminum Alloys: The Versatile Light weight Metal

إن الألومنيوم هو مركب صغير وعبارات سريعة منذ عقود، إذ أن المسافات الحديثة من الدرجة البحرية (5000 و6000 سلسلة، مثل 5083 و6061) توفر غلة مماثلة لمجموعات إنتاجها من الصلب في مجال بناء السفن، حيث تبلغ كثافة المواد، وهذا الوفر من الوزن الفوري: فطبقة الكدمات العالية السرعة من حيث التصميم العالي للألومنيوم يمكن أن تقل بنسبة 40 في المائة عن نظيره من الفولاذ، مما يتيح سرعة أعلى من 30 كيلومترا

وبالإضافة إلى وجود كتلة من الألمنيوم، فإن الهياكل الماهرة التي تُستخدم في الخارج هي هياكل متحركة مُتوقعة، وتُنتج هياكل أساسية للألومنيوم أكثر شيوعاً، ويقلل هذا النهج من مركز الجاذبية وينقذ مئات الأطنان، وتُعدل سفن الرحلات البحرية المُسرعة مثل ، وتُحدِّد أوكتانات ، وتستخدم هذه المادة، وتُتُتُتُتُتُتُتُتُفرض عليها، وتُستخدمُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُفرضُتُفرضُفرضُفرضُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُصَصَتُصَتُعَتُصَتُصَتُحَبُتُحَتُصَبُصَبُصَبُصَبُصَبُصَب

Polymers and Thermoplastics

وفي التطبيقات غير الهيكلية، تؤدي البوليمرات المتقدمة إلى خفض وزنها بأقل قدر من إعادة التصميم، وتواجه الأنابيب المتعددة البيوترولين ذات الصلة جزءا من أنابيب الفولاذ أو النيكل النحاس، وتقاوم التوسع والتآكل والاختفاء البيولوجي، وتخفض من الخسائر في الحرارة، وتوفّر نظم الارتفاع الفلزي على جهاز كبير للدبابات وزناً يبلغ 100 طن.

مرتفعات وطول مرتفعات وطول مرتفعات

وتستحق التطورات في الميولجية الاهتمام، كما أن الفولاذات ذات المستويات العالية من الفلزات ذات الطوافة المنخفضة والفولاذات فوق البعلية (القوات المرتفعة التي تزيد عن 690 ميغاباي) تتيح سميكات الصفائح الأيسر دون المساس بالسلامة الهيكلية، كما أن المدخرات المرتفعة من 5 إلى 15 في المائة هي عوامل نموذجية، ولكن الفوائد تأتي بأقل قدر من التعطل في الممارسات الحالية في مجال صناعة الفولاذ، وتقنيات ذات التأثير الأمثل، وسلاسل.

المواد الناشئة وتكنولوجيات التصنيع

وتتوسع شاحبة المواد في التوسع أكثر من ذلك، وتُجري بحوثاً في أجهزة الاتصال النانوية؛ وتُظهر حالات الارتداد بالكربون النانوب أو الأشعة الفوقية؛ وتُظهر هذه المواد زيادة القوة والثبات لكل كيلوغرام، إلى جانب تحسين مقاومة الحرائق، وهو شرط حاسم لتطبيقات السفن، وبالإضافة إلى ذلك، يجري تطوير راتنجات ذات قاعدة بيولوجية مستمدة من الزيوت النباتية للحد من البصم الكربوني في المركب.

فالصناعة المضافة (الطباعة 3 دال) تتيح قطعا معدنية مجهزة بالطبوغرافيا لا تضع المواد إلا عندما تتطلب الإجهاد، وتنتج أقواس خفيفة الوزن، وتتبادل الحرارة، بل وتدفع بطاقات داخلية معقدة، وقد نجحت البحرية الأمريكية في طباعة 3D كمجمع وظيفي لا طاقة له به، مما يدل على وفورات في الوزن تزيد على 25 في المائة مقارنة بالوصايا، حيث أن طباعة الوابقايا، التي توزعها في شكل رسوم مضافات.

تجاوز الحواجز: التكلفة، شهادة، ثقافة

ولا توجد عقبات أمام عملية التبني على نطاق واسع، إذ أن تكاليف المواد الأولية والتلفيق بالنسبة للمركبين والألومنيوم لا تزال أعلى من تكاليف الفولاذ التقليدي؛ ورادع كبير في صناعة ذات هوامش رقيقة ودورات استثمار طويلة، ومع ذلك، فإن تحليل تكلفة دورة الحياة الذي يؤدي إلى وفورات في الوقود، وانخفاض الصيانة، وفترات الخدمة الطويلة، وارتفاع القيمة المتبقية للمنشطات الأوروبية، كثيرا ما يكشف عن عائد قوي للاستثمار.

وتزداد أهمية المواد المركبة التي تُظهر سلوكاً وطرق فشل (الإبادة، وربط الألياف) خارج الأطر التقليدية للإجهاد المسموح بها، وتُنشأ مجموعات قواعد جديدة: نظم إصلاح السفن التي تُعد أقل قدرة على إصلاحها؛ وقواعد للسفن المركبة (DNV-ST-C501)، ودليل التراكمي للبرمجيات ذات السمية العالية السرعة، والمبادئ التوجيهية لسجلات الأمان.

السائقون التنظيميون المعجلون بالتبني

:: وضع مؤشرات لتصميم كفاءة الطاقة، ومؤشر كفاءة الطاقة في الولايات المتحدة، ومؤشر كفاءة استخدام الطاقة في إنتاج المواد الخاملة، ومؤشر كفاءة الطاقة في الاتحاد الأوروبي، وحدد مستويات الحد الأدنى من كفاءة الطاقة بالنسبة للسفن الجديدة والقائمة، ومؤشر كثافة الكربون الذي يُستخدم في عمليات خفض الوزن في الانبعاثات الناجمة عن انخفاض الوزن في الانبعاثات الناجمة عن الانبعاثات الناجمة عن الانبعاثات الناجمة عن الانبعاثات الناجمة عن المواد الناجمة عن المواد الخطرة.

التطبيقات العالمية الحقيقية وقصوات النجاح

وتوضح عدة مشاريع ذات مقومات عالية، قفزة من النظرية إلى الممارسة، بينما تبلغ قيمة هذه المركبات في شكل مركبات مصغرة من الصلب، حيث تبلغ مساحات الوقود المحتوية على مركبات مصغرة، وتُستخدم هذه المركبات في شكل مركب مركب غير مكتمل، وتُظهر أعلى وزن، وتسمح بأجهزة مراقبة أكبر دون استقرار في قطاع الأسمدة السريع، وقد سلمت شركة Austtle، وهيومبان

النور مُنْ أجل الشحنة من طراز صفر - إنف

ومع أن عوامل الإنتاج الصناعي تتجه نحو الوقود الصفري للكربون مثل الهيدروجين والأمونيا والميثاندول، فإن خفض الوزن يكتسي أهمية أكبر، إذ أن هذه المواد البديلة للوقود تقل كثافة الطاقة في الحجم عن النفط الثقيل، وتستلزم كميات أكبر من الصهاريج ونظم احتواء أثقل (مثلاً، صهاريج التبريد بالنسبة للهيدروجين عند درجة 253 درجة مئوية).

الاستنتاج: مستقبل متعدد الجوانب

إن تخفيض وزن السفن من خلال المواد البحرية هو استراتيجية متعددة الأبعاد تمس كل جانب من جوانب عملية توجيه السفن ومسح الوقود، والانبعاثات، والقدرة على التحميل، والصيانة، والامتثال، وفي حين أن المواد الوحيدة التي ستحل محل الفولاذ عبر اللوحة، فإن المستقبل يعود إلى تصميم متعدد المواد، وستطالب الشركات بالهياكل الأساسية والارتقاءات؛ وسيؤدي التخدير إلى تراكم مواد ذات وزن عالي.