Jak se stal závoďák laboratoří

Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

Katamarán Energy Observer byl původně závodní speciál Formule TAG. V roce 1983 byl zároveň i největším závodním katamaránem vůbec – speciál svého druhu. Vlastnili ho nebo na něm závodili veličiny jako Peter Blake, Robin Knox-Johnston nebo Tracy Edwards. Vyhrál Jules Verne Trophy, byl prodloužení z 80 na 100 stop, přežil převrácení a dnes slouží jako experimentální platforma pro testování technologií. Veškerou energii získává z obnovitelných zdrojů.

Počátkem 80 tých let to byl technický zázrak, postavený z “kosmických” materiálů (uhlíkové kompozity), aby lámal rekordy. V roce 84 dosáhl na rekord v upluté vzdálenosti za 24 hodin (512,5 Nm). V roce 1993 ho Blake a Knox-Johnston koupili a přejmenovali na ENZA (Eat New Zealand Apples) po svém sponzorovi, ovocnářské firmě. Na druhý pokus v roce ´94 trofej Julesa Verna pro nejrychlejší obeplutí zeměkoule získali. Tracy Edwards se s lodí pokusila jejich rekord překonat s čistě ženskou posádkou v roce 1998. Podařilo se jim stanovit 5 jiných rekordů, ale hlavní cíl skončil zlomeným stěžněm. Další majitelé loď prodloužili na 100 stop, bohužel v roce 2010 se převrátila u Mysu Finistère. 

ENZA (Eat New Zealand Apples) Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

To by byl pro mnoho lodí konec, ale v tomto případě se pro vrak našlo využití. Victorien Erussard, který pracoval na nákladních lodích, výletních “cruise shipech” a při tom úspěšně závodil (např. Route de Rhum), loď koupil s nápadem vytvořit první energeticky nezávislou loď. – experimentální plavidlo pro testování konceptů a technických řešení pro bezfosilní budoucnost. Motivací byla zkušenost ze závodů, když se mu porouchal generátor a bez zdroje pro palubní elektroniku nemohl pokračovat.

Otcové zakladatelé – Erussard třetí zleva, Hulot druhý zprava. Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

Katamarán koupil v roce 2013 a začal jej upravovat. Loď dostala další vrstvu olaminované pěny pod čarou ponoru, aby se zvýšil výtlak a nosnost pro instalované technologie. Hmotnost kvůli tomu vzrostla dvojnásobně z 15 tun Formule TAG na 30 tun Energy Observera. Do trupu byly instalovány baterie, elektromotory, palivové články, fotovoltaické panely, vertikální větrné generátory a komplexní systém pro jejich kontrolu, sběr dat a ubytování posádky. Podstatnou mediální pomoc projektu zajistil Nicolas Hulot, i u nás známí novinář, dokumentarista, dobrodruh, v posledních letech hlavně environmentální aktivista a chvíli i francouzský ministr životního prostředí.

Zvětšování vztlaku další vrstvou pěny a laminátu. Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

Loď se plaví od roku 2017 a je průběžně vylepšována pro náročnější přeplavby. Po prvních plavbách kolem břehů Francie a ve středozemním moři absolvovala expedici na Špicberky a aktuálně je v Pacifiku na plavbě kolem světa.

Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

Loď kombinuje několik zdrojů energie. Energii větru místo klasických plachet zachycuje pár tzv. Ocean Wings od firmy VPLP. Už jsme o nich několikrát psali takže stručně: Jedná se o dvoudílné “křídlo” s plochou 31,5 m2 a výšce 12 metrů. Je samonosné (bez pevné takeláže), otočné o 360 ° a hlavně je možné zmenšit jeho plochu v případě potřeby a plně ho automatizovat, aby bylo použitelné na nákladních lodích. Druhým pohonem lodě jsou dva 45 kW elektromotory, které mohou zároveň plnit funkci hydrogenerátorů a dobíjet baterie.

Detail Ocean Wings Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

Na lodi jsou tři systémy skladování energie. Malé, provozní baterie s 18 kWh kapacitou pro 24 V síť – přístroje, osvětlení, zástrčky apod. Druhá sada baterií má kapacitu 112 kWh (cca 2.5 krát kapacitu Renaultu ZOE) a uchovává energii z fotovoltaických panelů a hydrogenerátorů. Sada baterií pracuje s napětím 400 Voltů a napájí oba motory. Při váze 1400 kg ale poskytuje jen velmi omezený dosah. Instalovat další sady by nepoměrně zvýšilo hmotnost bez dostatečného navýšení kapacity. Řešením je kombinace odsolovacího zařízení, elektrolyzéru, kompresoru, nádrží na vodík a palivového článku.

Zde probíhá elektrolýza Foto: www.energy-observer.org

Kombinace hydrogenerátorů a 202 m2 solárních panelů (výkon 35 kW) po dobytí lithium polymerových baterií ukládá přebytečnou energii ve formě vodíku do osmi nádrží s kapacitou 332 litrů nebo 63 kilogramů vodíku. Po odsolení je voda čištěna, deionizovaná a elektrolyzér zní odděluje vodík, který kompresory tlakují do nádrží. Uvedených 332 litrů má energii stejně jako 230 litrů dieselu. Nebo jinak. Pokud 112 kWh v lithiových bateriích váží 1400 kg, 1000 kWh vodíku v nádržích s celým systémem přípravy a palivovými články váží 1700 kg. Nebo ještě jinak. Uložení 1kWh váží 1,7 kg přepočteno na celý vodíkový systém a až 12,5 kg v baterii. Vodík tak prodlužuje dosah 7,35 násobně. Palivové články jsou dva od Toyoty. Základem je technologie z vodíkového pohonu Toyoty Mirai. Při přeměně vodíku na elektrickou energii vzniká ještě odpadní teplo, které ohřívá vodu a interiér k radosti posádky.  

Nádrž na vodík Foto: www.energy-observer.org

Spotřeba energie měřená na poslední přeplavbě na trase Havaj – Nová Kaledonie (3363 Nm) s pěti členy posádky byla 1975 kWh. 47% spotřeboval elektrický pohon (když nefoukalo), až 33% kontrolní a řídící systémy ovládající energetický systém a Ocean Wings, 20% energie šlo na zabezpečení života posádky, světlo, vaření včetně nadstandardní spotřeby jakou byla například klimatizace. Průměrná rychlost plavby byla 5,61 uzlu s maximy kolem 10. 

Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition

Protože loď je hlavně experimentální a vývojová platforma, budou se jednotlivé systémy dále optimalizovat případně nahrazovat novými. V minulosti byly například na lodi místo Ocean Wings vertikálně větrné turbíny a jiný model palivových článků. Vývojový tým při tom řešil problémy jako recirkulaci nespotřebovaného vodíku z palivového článku zpět do systému nebo bylo třeba vyvinout uhlíkový filtr, který by chránil článek před solí ze vzduchu (kyslík je potřebný pro reakci s vodíkem v palivovém článku). Cílem bude dál sbírat poznatky a vyvíjet systémy, které se časem uplatní nejen v sériové produkci lodí, ale i v dalších oblastech, kde bude docházet k přechodu na obnovitelné zdroje.

Foto: Facebook/@EnergyObserverExpedition