Nghiên cứu này, đăng trên tạp chí Energy Conversion and Management, là một trong những nghiên cứu đầu tiên tiến hành để đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế của việc thay thế động cơ diesel thông thường bằng động cơ chạy bằng khí nén trên một phà hiện có trong bối cảnh nhu cầu vận tải biển của Phần Lan.
Theo các nhà khoa học, hai động cơ khí nén dùng trong thử nghiệm để thay thế động cơ diesel, mỗi động cơ tạo ra công suất 250 kW, cung cấp đủ năng lượng để đưa phà đi lại theo một tuyến vận tải biển được định trước. Các nhà khoa học thử nghiệm lắp đặt hệ thống mới trên một chiếc phà hiện có ở Phần Lan, được đóng năm 1985 và đang chạy bằng động cơ diesel.
Dự án do Giáo sư Abdul Hai Alami từ Đại học Sharjah chỉ đạo, cùng làm việc với chuyên gia hàng hải người Phần Lan Kaj Jansson, người giám sát việc thay thế động cơ diesel bằng động cơ khí nén, cũng như hành trình của phà bằng cánh quạt khí nén trên tuyến đường được chỉ định. Kết quả cho thấy, nó hoạt động hiệu quả như động cơ diesel truyền thống mà nó thay thế.
Nghiên cứu nhằm đánh giá hệ thống đẩy khí nén có thể hoạt động như thế nào trong các chuyến phà hoạt động ở cự ly ngắn ngoài thực tế. Nghiên cứu này chứng minh hệ thống đẩy khí nén, hứa hẹn là giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm năng lượng cho các động cơ hàng hải thông thường.
Động cơ diesel hiện là động cơ đốt trong được sử dụng phổ biến nhất trên phà, vì chúng mạnh mẽ và đáng tin cậy về khả năng kiểm soát công suất và độ bền. Tuy nhiên, chúng cần một lượng lớn nhiên liệu diesel để cung cấp năng lượng. Hơn nữa, chúng khá ồn khi hoạt động và tệ hơn nữa là thải ra môi trường các chất ô nhiễm có hại.
Việc thay thế động cơ diesel bằng động cơ khí nén là một lựa chọn sạch, êm hơn và hiệu quả hơn, thậm chí động cơ này có thể thiết kế tích hợp vào thân phà để lưu trữ không khí bên trong cấu trúc của phà hoặc trên các thùng phụ, giúp tăng cường độ nổi tốt hơn. Điều thú vị với phương pháp này là nó có thể áp dụng trên các tàu, phà hiện có, không yêu cầu phải đóng mới từ đầu.
Công trình nghiên cứu dựa trên kết quả thử nghiệm và tính toán thực tế khi các tác giả sử dụng các mối quan hệ đa hướng để tính toán hành vi của không khí, từ thời điểm không khí được nén trong bình cho đến khi không khí chảy vào động cơ khí nén, được dùng để dẫn động quay cánh quạt (chân vịt).
Cánh quạt khí nén phụ thuộc vào công suất của khí nén để dẫn động động cơ, xi lanh hoặc các thiết bị cơ học khác thay vì diesel, điện hoặc pin. Phương pháp đẩy khí nén của các tác giả liên quan đến việc sử dụng không khí nén lưu trữ trong các bình chứa ở áp suất cao, sau đó khí này được giải phóng vào động cơ khí nén, liên kết với cánh quạt, để di chuyển tàu, phà.
Các tác giả lưu ý, về mặt kỹ thuật, hệ thống khí nén được đề xuất thể hiện hiệu suất thỏa đáng, đáp ứng các yêu cầu về lực đẩy giống như hệ thống động cơ diesel. Thiết kế modul của hệ thống khí nén mang lại khả năng mở rộng và thích ứng các nhu cầu vận hành khác nhau, phù hợp các giải pháp vận chuyển linh hoạt và thân thiện với môi trường.
Về mặt kinh tế, hệ thống khí nén được đề xuất có lợi thế cạnh tranh với chi phí nhiên liệu thấp hơn, yêu cầu bảo trì thấp hơn do thiết kế cơ học được đơn giản hóa. Khi phân tích theo góc độ vòng đời, phà khí nén giảm chi phí hơn so với các loại tàu, phà chạy bằng động cơ diesel. Chi phí tiết kiệm đáng kể là 73.000 đô la Mỹ được tính toán với thời gian hoàn vốn của việc lắp động cơ khí nén cho phà thay vì động cơ diesel là khoảng 8 năm.
Hệ thống được đề xuất dùng khí nén cung cấp năng lượng cho tàu, phà không chỉ có ý nghĩa về mặt kỹ thuật, tài chính mà còn tốt cho môi trường. Khi thế giới đang tìm kiếm những cách di chuyển xanh hơn, tàu, phà chạy bằng khí nén có thể là bước tiến sáng tạo, hướng tới các cảng và vùng biển trên thế giới sạch hơn.
