油耗降2%!宁波材料所新材料人造“海豚皮”应用于超大型油轮

科技 2024-07-08 18:09 阅读:

油耗降2%!宁波材料所新材料人造“海豚皮”应用于超大型油轮 第1张

超大型油轮螺旋桨表面被敷设了类似海豚皮的人造材料——仿生蒙皮。

7月8日,澎湃科技从中国科学院宁波材料技术与工程研究所获悉,该所科研团队人工制备出的具有类似海豚皮特征的人造材料——仿生蒙皮,能够将水流与表皮的滑动摩擦转变为滚动摩擦,同时,还能降低水与表皮之间的剪切力,目前已被敷设于超大型油轮螺旋桨表面,取得了良好的节能减排效果。

近日,首艘安装仿生蒙皮螺旋桨的30万吨级超大型油轮顺利靠泊在泉州港码头,完成了3个航次的原油运输任务。

这是国际上首次将仿生柔性减阻材料应用于30万吨超大型油轮,完成了多航次、长航时、多海域的节能数据收集。

数据显示,前述螺旋桨表面敷设仿生蒙皮后,实船油耗下降约2%。按此计算,一艘超大型油轮每年可节约燃油300吨以上,相当于直接增加经济效益100万元以上,减少二氧化碳排放量900吨以上。

国际能源机构的数据显示,海运业的能源消耗量在全球能源消耗总量中占比约为9%,排放的二氧化碳量占全球二氧化碳排放总量的3%。因此,突破大型船舶的节能减排关键技术,引领全球海洋运输业绿色变革,对国家实现“双碳”目标具有重要意义。

“船用仿生蒙皮减阻节能技术”是宁波材料所海洋关键材料重点实验室与中远海运能源股份有限公司联合开展的科研项目。

在中国工程院院士、宁波材料所研究员薛群基的布局下,宁波材料所海洋关键材料重点实验室王立平研究员和曾志翔研究员带领研究团队较早开展了表界面仿生滑移材料与海洋航体减阻方面的研究工作。

船用发动机在驱动螺旋桨旋转时候,约70%的能耗转化为推力,约15%消耗于螺旋桨剪切力对水做功,剩余约15%则消耗于螺旋桨反推力对水做功。

海豚、鲨鱼等海洋生物在海里游动时具有极低的阻力,主要由于其表面的微结构、柔弹性和表面粘液分泌特性。

人造仿生减阻材料易于实现海豚表皮表面微结构和柔弹性,但要模仿海豚表皮长期粘液分泌的特性,则相对比较困难。“类液态”材料有效解决了这一问题。

固体有机物分子内部接枝高度柔性分子刷,既能保持固体材料的强度,又能达到类似于“粘液”的滑移特征,被称为“类液态”材料。

海豚皮肤与螺旋桨仿生蒙皮示意图 。

仿生蒙皮由“类液态”特征的动态界面材料与具有0.1-0.2毫米尺寸微结构的柔性材料耦合而成,敷设于螺旋桨表面,能够降低螺旋桨与水之间的剪切力,并减少反推力对水的做功,进而提高了螺旋桨效率,降低了能耗。

中远海能与宁波材料所紧密合作,计划将前述减阻材料推广至中远海能旗下的100余艘油轮船队。未来,船用仿生柔性减阻材料将向远洋及内河运输等全行业推广应用。