Công nghệ lập bản đồ đại dương mới giúp tàu cắt giảm lượng nhiên liệu sử dụng và lượng khí thải CO₂
của Đại học New South Wales
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Nghiên cứu sáng tạo của một học giả tại UNSW sử dụng các dòng hải lưu để tối ưu hóa các tuyến đường vận chuyển và giảm tác động của vận tải biển đến môi trường.
Mỗi ngày, hơn 50.000 tàu chở hàng đi lại trên các đại dương trên thế giới, vận chuyển khoảng 90% tổng lượng hàng hóa được giao dịch trên toàn thế giới.
Vận tải biển toàn cầu là một ngành công nghiệp khổng lồ—và chịu trách nhiệm cho 3% lượng khí thải nhà kính trên thế giới: nếu ngành vận tải biển là một quốc gia, thì ngành này sẽ được xếp hạng là quốc gia phát thải khí nhà kính lớn thứ sáu.
Để tìm ra các tuyến đường hiệu quả hơn cho tàu chở hàng, Phó giáo sư Shane Keating, một nhà nghiên cứu về hải dương học và toán học ứng dụng tại UNSW Sydney, đã phát triển một thuật toán sử dụng các mô hình đại dương hiện đại và trí tuệ nhân tạo (AI).
"Với dự báo đại dương tốt hơn, tàu có thể sử dụng sức mạnh của dòng hải lưu khi di chuyển, giảm lượng nhiên liệu sử dụng và cắt giảm khí thải", Phó Giáo sư Keating cho biết.
Sáng kiến của ông sẽ cung cấp dự báo đại dương cho ngành vận tải biển theo công ty con của UNSW Sydney, CounterCurrent.
Công ty được xây dựng dựa trên 15 năm nghiên cứu về dòng hải lưu, tập trung vào dự báo, cảm biến từ xa vệ tinh và khoa học dữ liệu.
"Thuật toán này giống như Google Maps dành cho biển, cung cấp tuyến đường hiệu quả nhất theo thời gian thực dựa trên hành vi của các dòng xoáy đại dương".
Lập bản đồ đại dương
Phó Giáo sư Keating là chuyên gia về một loại dòng hải lưu được gọi là dòng xoáy, các dòng chảy tròn xoáy tương đương với bão khí quyển trong đại dương.
Dòng xoáy được tìm thấy ở mọi lưu vực đại dương và chiếm 90% động năng của đại dương, nhưng chúng không được thể hiện tốt trong các dự báo dòng hải lưu hiện có.
Keating cho biết bằng cách kết hợp tốt hơn các dòng xoáy đại dương vào dự báo, các tàu thương mại có thể khai thác các dòng hải lưu này để tìm ra các tuyến đường hiệu quả hơn qua đại dương.
Hầu hết các tàu đều di chuyển quãng đường ngắn nhất giữa hai điểm trên bề mặt Trái đất. Tuyến đường này được gọi là tuyến đường vòng tròn lớn.
Nhưng tuyến đường đó, mặc dù là quãng đường ngắn nhất, nhưng không phải là tuyến đường tiết kiệm nhiên liệu nhất vì các dòng hải lưu liên tục đẩy tàu ra khỏi đường hình học hoàn hảo đó. Tàu phải sử dụng động cơ và do đó đốt nhiều nhiên liệu hơn để giữ nguyên đường.
Bằng cách đi theo các dòng hải lưu, tàu sẽ di chuyển quãng đường dài hơn một chút trên bề mặt Trái đất, nhưng chúng sẽ di chuyển hiệu quả hơn vì chúng di chuyển theo các dòng hải lưu thay vì ngược lại.
Bạn có thể thực hiện việc này theo thời gian thực nếu biết các dòng hải lưu đó ở đâu.
Được hỗ trợ bởi hình ảnh vệ tinh
Một trong những lý do khiến điều này khả thi là do công nghệ vệ tinh được cải tiến, hiện cung cấp hình ảnh cho phép theo dõi các dòng xoáy.
Phó giáo sư Keating bắt đầu tìm hiểu cách sử dụng vệ tinh để đo đại dương từ không gian sau khi hoàn thành bằng tiến sĩ về vật lý thiên văn tại Đại học California San Diego.
"Trong vài thập kỷ qua, công nghệ vệ tinh đã hoàn toàn cách mạng hóa cách chúng ta nhìn vào đại dương", ông nói.
"Trước kỷ nguyên vệ tinh, hình ảnh của chúng ta về đại dương là một bồn tắm nước biển khổng lồ chỉ có một vài dòng hải lưu lớn—như Dòng hải lưu Gulf Stream và Dòng hải lưu Đông Úc.
"Nhờ có vệ tinh, giờ đây chúng ta biết rằng đại dương rất hỗn loạn và hỗn loạn, giống như bầu khí quyển của chúng ta, và chứa hàng nghìn xoáy nước đại dương có đường kính từ mười đến 300 km và độ sâu lên tới 2000 mét."
Nguồn: Đại học New South Wales
Mặc dù các xoáy nước quay chậm, với tốc độ dòng chảy lên tới hai mét mỗi giây, nhưng thực tế là nước biển đặc hơn không khí 800 lần có nghĩa là mỗi xoáy nước này có động lượng lớn hơn một cơn bão nhiệt đới.
Quan điểm của chúng ta về các dòng hải lưu đã được nâng cấp đáng kể vào tháng 12 năm 2022 với việc phóng vệ tinh Địa hình đại dương và nước mặt (SWOT).
SWOT là một sứ mệnh vệ tinh chung của Hoa Kỳ và Pháp có khả năng lập bản đồ các dòng hải lưu với độ phân giải gấp 10 lần so với công nghệ vệ tinh hiện có.
A/Giáo sư Keating là thành viên của nhóm khoa học quốc tế về vệ tinh SWOT và là người đứng đầu nhóm làm việc SWOT của Úc (AUSWOT), một tập đoàn gồm các nhà nghiên cứu và bên liên quan làm việc để hỗ trợ sứ mệnh SWOT tại khu vực Châu Á - Thái Bình Dương.
Để tận dụng tối đa các quan sát từ vệ tinh như SWOT, các nhà nghiên cứu cần so sánh chúng với các phép đo được thực hiện trên bề mặt.
Vào tháng 10 năm 2023, Phó Giáo sư Keating và một nhóm các nhà hải dương học của UNSW đã lên tàu nghiên cứu RV Investigator hiện đại của CSIRO để thu thập dữ liệu đại dương thiết yếu theo đường đi của vệ tinh khi nó quay quanh Trái đất.
Dữ liệu thu thập được từ các tàu thương mại cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cải thiện hiểu biết của chúng ta về các dòng hải lưu và cách chúng có thể thay đổi trong một thế giới nóng lên.
Vào tháng 4 năm 2024, Phó Giáo sư Keating đã tham gia một chuyến đi trên tàu chở hàng dài 140 mét đi từ Cảng Newcastle đến Auckland, như một phần của Chương trình Tàu cơ hội (SOOP), một quan hệ đối tác toàn cầu giữa ngành hàng hải và các nhà khoa học nghiên cứu sử dụng tàu thương mại để thu thập các quan sát về đại dương nhằm dự báo thời tiết trên biển.
"Thật tuyệt vời", Phó Giáo sư Keating nói. "Bạn đang di chuyển qua đại dương với tốc độ của một chiếc xe golf, vì vậy bạn thực sự có thể thấy tác động của dòng hải lưu lên tàu".
Ghép các mảnh ghép lại với nhau
Chuyến đi của Phó Giáo sư Keating trên tàu chở hàng đã giúp ông có cái nhìn sâu sắc về một ngành công nghiệp gần như vô hình.
"Vận chuyển là mạch máu của nền kinh tế toàn cầu, trị giá lên tới 20 nghìn tỷ đô la mỗi năm", Phó Giáo sư Keating cho biết, "nhưng chúng ta hầu như không bao giờ nghe nói về điều đó trừ khi có sự cố xảy ra.
"Tất cả các hoạt động vận chuyển đó đều tạo ra lượng khí thải carbon rất lớn—ngành vận tải biển thải ra hơn một tỷ tấn CO2 tương đương mỗi năm".
Tổ chức Hàng hải Quốc tế—cơ quan của Liên hợp quốc quản lý ngành vận tải biển toàn cầu—đã đặt mục tiêu không phát thải khí thải từ vận tải biển vào năm 2050, với việc bắt buộc sử dụng nhiên liệu không phát thải như hydro xanh và methanol xanh.
Tuy nhiên, sẽ mất thời gian để thay thế đội tàu buôn hiện tại bằng các tàu có thể sử dụng nhiên liệu thay thế và ngay cả khi đó, các loại nhiên liệu này vẫn đắt hơn từ 6–10 lần so với nhiên liệu boongke truyền thống.
Công nghệ định tuyến tàu của Phó Giáo sư Keating cho phép các tàu cắt giảm chi phí và lượng khí thải bằng cách điều chỉnh nhỏ tuyến đường của tàu để tận dụng các dòng hải lưu tự nhiên.
Sau khi thử nghiệm công nghệ của mình trên hơn một trăm tàu, Phó Giáo sư Keating đã có thể chứng minh được khả năng tiết kiệm nhiên liệu liên tục lên tới 20%.
Hiện ông đang hợp tác với một số công ty vận tải biển và nhà đóng tàu để thương mại hóa công nghệ và giúp ngành công nghiệp rộng lớn hơn có thể tiếp cận nhanh chóng.
"Đây là giải pháp đôi bên cùng có lợi cho các công ty vận chuyển", Phó Giáo sư Keating cho biết. "Họ có thể tiết kiệm tiền và đạt được mục tiêu giảm phát thải ngay bây giờ mà không cần bất kỳ sửa đổi nào đối với tàu hoặc thay đổi thời gian vận chuyển của tàu.
"Tôi hy vọng rằng trong vòng năm năm tới, nghiên cứu này sẽ thay đổi cách tàu băng qua đại dương để các công ty vận chuyển có thể đạt được mục tiêu phát thải của họ".
Được cung cấp bởi Đại học New South Wales
