Якою буде ваша наступна яхта?

Якщо зважити на витрачену енергію, матеріали та відходи в композитному суднобудуванні, то отримана картина пригнічує. За іронією долі, одним із найкращих шляхів прогресу могло б стати повернення до будівництва дерев'яних яхт з прядив'яними мотузками та бавовняними вітрилами, що, погодьтеся, не найкращий вихід. Але глибоке дослідження питання сумісності яхтингу з екологічністю вселяє оптимізм. У морській індустрії працюють блискучі уми і мають багато цікавих рішень для застосування альтернативних матеріалів і джерел енергії.

Отже, як екологічні технології можуть змінити суднобудування протягом найближчих десяти років і якою стане ваша наступна яхта? Про це дізнавався у фахівців Тобі Ходжес із журналу Yachting World.

Прості рішення

У перспективі технології робитимуть управління яхтою все простіше та простіше. У нинішнього покоління постійний дефіцит часу, тому можливість без особливого клопоту вийти на вихідні в море стане однією з ключових. Виграють яхти, які простіше в оснащенні, постановці док та управлінні.

Суднобудівники поступово впроваджують більш екологічні двигуни та відновлювані джерела енергії, а також повертаються до матеріалів природного походження та вторинної сировини. І це цілком логічно, особливо коли покупці хочуть отримати більш “етичний” продукт.

3D-принтер для суднобудування

Наступне десятиліття, напевно, ознаменується ширшим застосуванням 3D-друку в суднобудуванні. Цю технологію вже застосовують для виготовлення нестандартних деталей, але її можна використовувати і для масового виробництва корпусів та палуби, щоб зменшити кількість форм, у яких їх зараз відливають.
Вже існують організації, які займаються скороченням відходів та енергоспоживання у суднобудуванні, а також просувають перероблені матеріали та матеріали з низьким рівнем впливу на довкілля. Велику роботу в цьому напрямку зробила, звичайно, команда 11th Hour Racing. Стандартна технологія суднобудування з використанням поліестеру ручного укладання, схоже, відходить у минуле.

Пошук швидкості

Найефективніший спосіб мінімізувати кількість викидів на ходу - це ходити під вітрилами, що дає вагомий аргумент на користь яхт з високим перфомансом, адже вони можуть використовувати вітер максимально ефективно. У великих катамаранів та однокорпусників теж є переваги: на них більше місця для встановлення сонячних панелей та достатня швидкість для того, щоб задіяти регенеративну енергію.

У ході дослідження проекту Outremer 4E та нової моделі 55, компанія Grand Large Yachting встановила, що більша кількість вуглецю виділяється під час експлуатації яхти, а не її будівництва. У звіті вказано, що якщо яхта може йти на вітрі в 5 вузлів, на Середземному морі вона буде 95 % часу на ходу (дані для західного регіону Середземномор'я, за червень–вересень).

Якою буде твоя яхта?

Для досягнення таких характеристик потрібно мінімізувати вагу, але чи є альтернатива традиційним синтетичним волокнам із високим співвідношенням міцності до ваги, таким як скло та карбон? У цьому плані вже давно довело свою ефективність базальтове волокно. Його використовує новий французький бренд катамаранів Windelo для виготовлення корпусів із матрицею з перероблених пластикових пляшок. Оскільки базальт перетворюється з вулканічної породи (з мінімальними викидами вуглекислого газу), то волокно особливо стійке до тепла та придатне для переробки.

Проте, найзначніший потенціал для суднобудування зараз є рослинне волокно. Зокрема, одна з найпривабливіших альтернатив для використання у високоміцних композитних сполуках – це льон.

Яхти з рослин

Завдяки поєднанню жорсткості з гасінням вібрацій продукти на основі льону швейцарської компанії Bcomp вже ефективно використовують для виробництва зимових лиж та кузовів в автоспорті. Експерт з композитів Пол Райлі, який зараз займається збутом продукції Bcomp для морської індустрії, стверджує, що льон легший за скловолокно, має аналогічну жорсткість, але при цьому коштує набагато дешевше карбону і зберігає до 75 % вуглекислого газу.

Невибагливий льон – перспективна сировина для яхтобудування.

"Думаю, через пару-трійку років це стане мейнстрімом в яхтингу", - говорить Пол. — “Виробникам варто перейти на менш шкідливі для довкілля матеріали, а це додатково забезпечить безпеку та покращення здоров'я їхніх працівників.”

Термін дозрівання льону від зерна до врожаю – 8 тижнів. Йому не потрібні часті поливи та хімічні речовини. Льон вже використовує виробник суперяхт Baltic Yachts, а також німецька верфь Greenboats, у тому числі і на побудованій в 2016 році яхті GreenBente 24. Новина про те, що світовий лідер у постачанні композитних матеріалів Gurit стане світовим дистриб'ютором Bcomp, може призвести до широкого поширення льону в морській індустрії.

Цього року відвідувачі виставки у Дюсельдорфі могли побачити потенціал лляного волокна на стенді Greenboats. Їхній дейсейлер Flax 27, чий дизайн розробляла студія Judel/Vrolijk, став випробувальним полігоном для безлічі природних матеріалів та вторинної сировини. Корпус яхти виготовили із льону та біо-смоли з ПЕТ-матрицею, палубу – із пробки.

Дейсейлер Flax 27 з корпусом з лляного композиту та пробковою палубою

Засновник Greenboats Фрідріх Дейман розповів, як він розчарувався в композитних матеріалах, особливо на тлі "дерев'яного" минулого суднобудування. "Для виробництва скловолокна необхідно вп'ятеро більше енергії, ніж для лляного", - пояснив він.

Greenboats використовує лляні чи натуральні волокнисті композити (NFC) з 2010 року. Завдяки технології СіС для збирання панелей, застосування прес-форм зводиться до мінімуму. Компанія Дейманна доводить можливість існування такого виробництва, але він теж має проблеми. Наприклад, брак навченого персоналу, та й витрати на дрібносерійне виробництво – також актуальне питання.

Інша проблема – контроль кількості смоли у матеріалі. Як пояснює Дейманн: “Льон не можна укладати вручну, оскільки це натуральний матеріал, і без стиску він поглинатиме занадто багато смоли. Наповнюючи смолу вакуумом, можна стискати її та контролювати процес.”

Застосування вакуумованої смоли має екологічні проблеми, адже пластик, в який її упаковують, збільшує кількість відходів. Деякі суднобудівники вже знайшли розумне рішення, замінивши пластик на багаторазові силіконові пакети.

Але сама по собі смола все ще залишається проблемою, яку мають вирішити хіміки. Чисті біологічні смоли вже є, але для високоефективних епоксидних смол у суднобудуванні натуральний вміст не повинен перевищувати 30 %. Ентропійні смоли, біоепоксиди, які використовують, наприклад, у морській індустрії та для виробництва сноу- та серфбордів, виробляють шляхом заміни карбону на нафтовій основі на відновлюваний карбон на рослинній основі – побічний продукт сільськогосподарської промисловості.

Яхти, які можна переробити

Інші верфі розвиваються завдяки різним технологіям, що дозволяють продовжити життєвий цикл матеріалів. Наприклад, корпус гоночного човна mini 6.50 Arkema 3 виготовили з термопластичного композиту з акриловою смолою Elium, яку можна подрібнити і повторно використовувати у виробництві нових деталей. А корпуси багатьох динги RS виготовлені з поліетилену ротаційного формування, що переробляється.

Один із найперспективніших напрямків — використання алюмінієвих та дерев'яних композитних корпусів. Ці матеріали можна переробляти, а їх виготовлення не потрібні спеціальні форми.

Vaan - це нова голландська марка алюмінієвих катамаранів, не тільки довговічних і придатних для вторинної переробки, але і складаються в основному з деталей, які виготовили з вторинної сировини. Корпуси та палуби подарували друге життя старим віконним рамам, дорожнім та номерним знакам.

Переваги використання високотехнологічних дерев'яних конструкцій стали очевидними всім завдяки верфі Spirit Yachts. Її керуючий директор Найджел Стюарт спровокував створення мережі еко-френдлі ініціатив. Наприклад, техніка смугової обшивки забезпечує дуже жорстку та легку конструкцію корпусу, виконаного в більшості із відновлюваних матеріалів.

Spirit 111 - втілення екологічності та футуристичності

Прекрасний новий флагман верфі Spirit 111 вважається однією з найекологічніших суперяхт за всю історію. На ній скрізь стоять енергозберігаючі прилади, серед них надефективна гідравліка і генераторна установка, а також рекуперативна енергетична установка для електромотора Torqeedo.

Безсумнівно, що цей останній елемент — потужність — стане об'єктом пильної уваги найближчим десятиліттям, щоб підвищити екологічність круїзних яхт.

Перехід на електроенергію

У сфері електромоторів довго лідирували Torqeedo та Oceanvolt, тепер і Volvo Penta розширює свій асортимент. Torqeedo вже поставив 100 000 електроприводів, але, за словами генерального директора Крістофа Балліна, це лише невелика частина ринку. “Поки що лише 1,3 % морських енергетичних установок – електричні. Нам варто утвердитись і зробити більше,” – каже він.

Оптимальним рішенням для яхт на найближче десятиліття Баллін вважає послідовний перехід на гібридну енергію: системи, що включають велику акумуляторну батарею, де гідроенергія поєднується із сонячною. За його словами, це скоротить викиди вуглекислого газу приблизно на 90 %.

Така система повністю покриває витрати при звичайному режимі проживання та ходіння під вітрилом, використовуючи лише заряд батареї. Генератор забезпечує достатньо енергії для повсякденного життя на борту: опалення, кондиціювання, прання, приготування їжі. При необхідності він підійде і для аварійного використання. І двигун внутрішнього згоряння для яхти просто не потрібен.

Але наскільки ефективна гідрогенерація на практиці? Чи дозволить вона у поєднанні з достатньою кількістю сонячних батарей відмовитись повністю від викопного палива? Баллін у цьому не сумнівається.

Але це, звичайно, залежить від швидкості та розміру човна. Він зазначає, що за наявності швидкісної яхти всю необхідну електроенергію можна генерувати на ходу: "Ми маємо клієнт з Gunboat 60, який генерує 10-15 кВт".

Акумуляторні батареї

Як каже Баллін, обмеження тут є ємністю акумулятора, яку визначає щільність енергії в батареї. У цьому плані явна перевага перед конкурентами у технології Torqeedo Deep Blue у поєднанні з високовольтними літій-іонними батареями BMW i3.

Torqeedo Deep Blue у поєднанні з високовольтними літій-іонними батареями BMW i3

Але хіба використання літієвих батарей як "чистого" джерела накопичення енергії не породжує нових проблем, вирішуючи одну? Широко відомо про сумнівної етичності видобутку кобальту, який використовують для їхнього виробництва, та й питання про утилізацію батарей досі залишається відкритим.

Баллін прогнозує, що згодом галузевий ланцюжок стане більш етичним з погляду прав людини. Як він пояснив, BMW зараз контролює кожну її ланку, включаючи пошук сировини, щоб уникнути нелюдських умов праці. Що стосується утилізації, то Баллін посилається на можливість другого життя морських батарей в енергосистемах та накопичувачах енергії, перш ніж вони перейдуть до будь-якої переробки для вилучення кобальту.

Як він заявив: “Ми зараз перебуваємо напередодні найбільшої мобільної революції з моменту появи двигунів внутрішнього згоряння. Доведеться змиритися з фактом, що всі етапи цієї програми перетворень недосконалі, і так триватиме понад десяток років.”

Заглядаючи у майбутнє, Баллін бачить три ключові сценарії для досягнення кліматичної нейтральності на човнах: електродвигуни, воднева енергія та синтетичне паливо. Думаю, для моряків стане правилом ходити на електромоторі скрізь, де це можливо. А якщо він не забезпечує достатньої потужності — як, в основному, для океанських яхт — то можна перейти, наприклад, на водень… Кліматично нейтральні розширювачі діапазону незабаром стануть мейнстримом.

Сила водню

Чи стане водень священним Граалем енергії для яхт? Водневий паливний елемент працює шляхом перетворення водню з морської води на протони та електрони. Досі цей процес використовували як джерело електроенергії лише кілька яхт-першопрохідців, у тому числі і Energy Observer — перший у світі енергетично автономний водневий човен, що пройшов кругосвітню систему. В даний час мультихул Race For Water на сонячних батареях та кайте, з помірним запасом водню на борту (200 кг у 25 балонах), проходить три чверті колії навколо світу.

Гонщик-одинак Філ Шарп продемонстрував водневий паливний елемент замість дизельного двигуна на своєму Class 40 OceanLab. Він вірить, що великомасштабне комерційне судноплавство зможе запозичити технологію та скоротити викиди вуглецю до нуля.

Але для прогулянкових яхт водневі паливні елементи поки що економічно недоцільні. Баллін з Torqeedo пояснив практичні обмеження: "Щільність енергії водню на кілограм набагато вища, ніж у бензину або ДП, але об'ємна щільність енергії складає всього близько 1/13 дизельного палива". А це означає необхідність у паливних баках набагато більшого розміру, хоча обсяг водню можна зменшити стисненням.

Це пояснює, чому досі водень використовували лише кілька великих яхт. Розробки у цьому напрямку веде компанія Sinot Yacht Design & Architecture зі своїм проектом Aqua, не відстає і Daedalus Yachts, яка зараз на півдорозі до створення першої водневої суперяхти.

"За останні два роки ми задумали і втілили в реальність не тільки повністю водневу електричну морську енергетичну установку, а й мікромережу чистої енергії, викиди якої - виключно кисень та чиста вода", - коментує засновник Daedalus Майкл Рірдон.

88-футовий катамаран готують до повного комерційного дослідження в рамках світового круїзу. На ньому вирушить Стефан Мафф – творець технології для Google Maps. Електролізер Daedalus, що перетворює воду на водень, аналогічний тому, що вже використовували на космічних кораблях США та підводних човнах НАТО, тому компанія з Північної Кароліни впевнена у надійності цього джерела енергії.

А у короткостроковій перспективі морякам стоїть звернути увагу на сонячні та акумуляторні технології. У цій галузі очікується постійне підвищення ефективності та потужності для зниження витрат. Вже цілком доступні фотоелементи, вбудовані в біміні, щогли, палуби та вітрила.

Сила вітрил

Ходити під вітрилами скрізь, де можливо, це очевидне прагнення. Але вітрильна тканина, мабуть, найодноразовіший компонент, особливо на гоночних яхтах. Ламінатні вітрила з майларовою мембраною неможливо переробляти, і після використання вони відправляються на смітник або безхазяйно валяються в сараях та транспортних контейнерах.

Вітрила з поліестеру і дакрону набагато термопластичніші, тому їх можна плавити і переробляти, хоча зазвичай покриття на кшталт меламіну і задають із цим клопоту. Однак, крім перетворення на аксесуари та сумки, куди ще можна прилаштувати синтетичні вітрила з високомодульної пряжі, які, як відомо, важко розрізати та повторно використати?

Тут попереду всієї планети британська компанія OneSails зі своєю технологією 4Т. Вони використовують перероблений базовий полімер та замінюють клеї та смоли за допомогою термоядерного синтезу. В результаті виходить повністю придатне до переробки композитне вітрило з одинарною структурою, для якого застосовується технологія малої розтяжки, щоб уникнути майлару або тафти. "Це єдина технологія, що дозволяє морякам утилізувати вітрила після закінчення їх терміну служби", - говорить Джон Паркер з OneSails.

У продукції North Sails 3Di теж немає майлару, і компанія працює над вилученням сировини із використаних вітрил для переробки в поліефірні волокна. Комерційний директор Том Девіс, який керує бізнесом останні 20 років, бачить два ключові напрями до більш екологічних вітрил. По-перше, ця сировина: "Я дуже здивуюся, якщо протягом найближчих кількох років вітрила не почнуть виготовляти, в основному, з матеріалів на біологічній основі".

По-друге, це те, що Девіс називає “бекенд”: “Дуже великий відсоток від загальної площі використаної вітрильної тканини будуть переробляти або застосовувати в інших галузях”. Це твердження ґрунтується на його власних спостереженнях. Девіс бачить, як швидко змінюється поліестер, і каже, що North вже використовує ПЕТ-плівки, які хімічно не відрізняються від масляної.

Він дуже вражений швидкістю розвитку технологій у цих галузях. “У виробництві вітрильної тканини ми недостатньо великі, щоб випускати нову пряжу чи нитки – це рівень нафтохімічного бізнесу. Але ми бенефіціари технологій, які розробляють ці компанії.”

Так, наприклад, у випадку з високомодульною пряжею: North Sails 3Di працює з компанією-виробником біоджерела мономерів, з яких виходять полімери, а потім пряжа і волокно з високими експлуатаційними характеристиками. "Отже, замість того, щоб викачувати із землі масло для виготовлення пластику, вони починають з дерев і закінчують пластмасами з дуже високими характеристиками", - коментує Девіс.

Позитивне мислення

Якою ж буде яхта майбутнього? Звичайно, максимально автономною, довговічною і з дуже низькою витратою та втратою енергії. Акумулятори та відновлювані джерела енергії означають, що викопне паливо буде використовуватися дуже мало. Все більш важливою стає фільтрація води зовні та всередині яхти. Для тих, хто проводить багато часу на борту, має значення ефективність опріснювачів - відпадає необхідність у великих танках для води.

Єдиним слідом перебування яхти у бухті стане відбиток якірних лап на піску. Безперечно, наступне десятиліття принесе приливну хвилю інновацій у морському секторі. Правильне колективне мислення може створити справді райдужне майбутнє: захоплююче та екологічно чисте!

24.06.2020