风帆和卫星导航可以将航运业的排放量减少多达三分之一

一艘配备弗莱特纳转子的货船——相当于现代的帆。图片来源：Norsepower，作者提供

在世界广阔的海洋中，一场变革正在发生。

国际航运业由数千艘大型货船组成，满载着我们购买的许多货物，其二氧化碳排放量大致相当于整个德国。

我们的研究强调需要立即采取行动。为了实现《巴黎协定》1.5°C的目标，到2030年将航运排放量减少34%是必要的。但至少到2030年代，低碳燃料管道不太可能达到必要的规模，该行业如何才能实现其短期目标呢?

输入一个具有古老起源的新解决方案：帆。不是过去几个世纪的滚滚画布，而是能够利用可再生风能补充船舶发动机推进力的高科技系统。

许多先进的帆设计正在引起航运公司的关注。两个竞争者包括弗莱特纳转子(通过旋转产生推进力的气缸)和“翼帆”，它类似于飞机机翼，源自游艇比赛中使用的设计。

风力推进使船舶能够使用更少的燃料，从而排放更少的温室气体。然而，在我们的新论文中，我们发现，本十年减少航运排放的真正机会在于将航行与卫星导航系统绘制的最佳路线结合起来。

旧理念与新技术的结合

优化路由是我们大多数人熟悉的概念。您将通过在Google地图中输入目的地并允许其算法计算到达目的地的最快方式来使用它。

船舶的过程类似。但该软件不是寻找最快的旅程，而是对船舶在水中的性能进行建模，以计算最大限度地减少燃料使用的路线和速度。

通过优化航线和航行，船舶可以偏离标准航线以寻找有利的风向。船舶可能行驶更远的距离，但帆获得的额外动力限制了船舶的燃料消耗并减少了整个旅程的总排放量。该软件仅建议保证相同到达时间的航线，使船舶保持原定时间表。

我们使用计算机模型模拟了一艘有四张帆的货船，每张帆都比巴西救世主基督雕像高35米。通过计算这艘大型散货船四年来超过10万次航行、覆盖全球14条航线的燃油消耗，我们发现航行可以减少每年约10%的碳排放。

当使用最佳路线时，航行的真正承诺就会显现出来，将年排放量减少至17%。

风力条件理想的路线具有更大的潜力。最有希望的通常是那些远离赤道的航线，例如跨大西洋和跨太平洋航线，那里的强风可以让大帆充满。通过利用这些航线上跨洋的风型、航行和优化航线，可以将年排放量减少30%以上。

以英国和美国之间的旅程为例。启航的船舶通常会遇到强烈的逆风，产生阻力并将船舶向后推，这意味着必须燃烧更多的燃料才能保持相同的前进动力。但通过在这个交叉口使用风帆和优化的航线软件，船舶可以避免这些逆风并转向更有利的风向。

在回程中，船通常会经历来自后面和侧面的强风，这会使船帆充满并推动船继续前进。借助优化的航线软件，船舶可以找到更强的风，并微调帆的方向，以最大限度地提高推进力。

保持1.5°C目标不变

国际海事组织(负责航运环境监管的联合国机构)的目标是到2030年将温室气体排放量减少20%-30%。《巴黎协定》的1.5°C目标要求进一步削减。

我们的研究表明，使用风力推进和在有前途的路线上优化路线，在十年内可以减少如此大规模的二氧化碳排放。实现这一目标将迫使航运业部署现有技术和实践，并将其重点从单纯的燃料转移，因为零碳燃料的开发需要更长的时间。

当我们驶入21世纪时，我们的研究向航运业传递了一个明确的信息：本十年大幅减少碳排放是可行的。这是一个古老的想法，一种将技术与传统相结合的想法，可以引导国际航运实现其气候目标。