全球航运承载着全球约80%的货物和必需品运输，是国际物流链的支柱。
这些货物大部分由货船运输，货船底部设有压载舱，空船启航时，压载舱内注满海水，以维持平衡航行；抵达目的港后，再将压载舱内的水排出。
这种传统的货物水箱概念有两个主要缺点：
空船航行增加了充满海水的压载舱的重量，增加了船舶的能耗；
水箱内装载的海水被排放，造成海洋污染。
全球船舶载运的货物水量约有100亿吨，跨国航道船舶的压舱水排放，造成外来生物爆发，已被全球环境保护基金（GEF）列为海洋四大危害之一，目前船东、企业主管等都依赖压舱水处理，类似加热、电解、紫外线处理等。
美国已采取多项措施，如压舱水排放和保留船上作业货物。然而，这些压舱水处理技术不仅耗时费力，而且还会增加运营成本，最终降低船东利润。国际海事组织 (IMO) 估计，每天排放的压舱水中有数十亿生物，对生物多样性构成重大威胁。
考虑到所有这些，世界各地已开始竞相寻找解决这一重大工程难题的经济有效的解决方案。
在这里，我们深入探讨无压载船的诱人前景。这一革命性理念必将改变船舶建造的常规，并开启海事领域的新时代。自 19 世纪末以来，压载船一直是常态，直到 2000 年代后期，人们才意识到压载水排放问题。
压载水排放的不利影响
压载水排放带来的入侵物种问题一直是海洋生物学家和环保人士关注的重点。浮游生物等微生物，以及鱼幼体和甲壳类动物等大型生物，都可能在压载舱中被无意间运输。
当这些生物被释放到外国港口时，它们会在新环境中定居，破坏当地生态系统的微妙平衡。入侵物种会与当地物种争夺食物和资源，改变食物网，甚至带来疾病。
为了应对日益严重的入侵物种威胁，国际海事组织（IMO）于2004年通过了《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》（BWM公约）。
该公约为压载水处理制定了标准，要求船舶在海上更换压载水或使用经认可的系统进行处理以杀死或去除生物。
虽然《压载水管理公约》代表着向前迈出的重要一步，但它也有局限性。压载水处理系统可能很复杂，维护成本高昂，增加了航运公司的运营成本。此外，这些系统的有效性可能因水质和生物类型等因素而异。
此外，公约规定的海洋中交换过程可能非常耗时，并且会增加燃料消耗，从而影响经济和环境的可持续性。
无压载船（BFS）概念简介
无压舱船为我们眼前的问题提供了革命性的解决方案。这一概念是由密歇根大学、大宇造船和海洋工程以及日本造船研究中心 (SRCJ) 独立提出的。
他们提出了各种想法和不同的解决方案来拆除传统的压载舱。让我们来看看以下几种方法：
流通式压载水管：一种方法是利用称为压载水管的纵向结构系统。这些巧妙的管子沿着船底延伸，本质上成为船体的延伸。在满载条件下，管子保持空置，对水流的阻力最小。然而，在压载航行期间，海水可以通过受控的入口和出口战略性地淹没管子。
这种注水可以调节船舶的吃水量并确保稳定性。这种设计通常会在船头和船尾之间形成压力差，从而在压载舱内形成连续的海水流动。
这种连续流动有助于最大限度地降低入侵物种在系统中定居的风险。然而，优化流速和压差以确保在各种海况和货物负载下具有足够的稳定性仍是一个挑战。此外，在设计和材料选择过程中，需要仔细考虑压载舱在压力下的结构完整性。
船体形状优化：另一种引人入胜的方法是利用船舶本身固有的浮力。船舶工程师可以精心设计船体形状，以在压载条件下实现所需的吃水。
这可能涉及船体形状的战略变化，例如更宽的船梁或更 U 形的船体部分。这些修改可以增加空船的水下容积，从而在没有压载水的情况下提供必要的浮力。此外，可以使用计算流体动力学 (CFD) 模拟来优化船体形状，以最大限度地减少阻力并提高燃油效率。
然而，这种方法可能并不适用于所有船舶类型，特别是那些需要根据货物载重大幅改变吃水深度的船舶。竞争设计团队创造了两种特殊的船体形式。
首先，船体设计在船底提供了一个向后开放的凹槽，形状像一个倒置的前后挡板。
该船型可使船舶在轻载或空载时产生较大的水尺，但该方案的缺点是船体接触海水的面积与常规船型相比大大扩大，船舷长度有所增加。
第二种是日本某研究机构提出的V型船体。无压载舱超大型油船（VLCC）设计的最大特点是船体下部船体更加细长，船底呈现向下凸出的V型造型，使无压载舱的吃水足以支撑空船时的重量。
造船专家最初选定了两种无压载舱设计，代号为“Best”的第一个无压载舱船体设计的主要目的是设计一种在无水、深水、受限制的航道，如波斯湾上建造的无压载舱船舶。
其船型型深35米，最大宽56米，满载长27米，载货量逾30万吨。
专家称，正在研制的第二艘无压载水船体设计代号为“马六甲”，将建造适合从波斯湾经马六甲海峡航行至远东地区中国、日本、韩国的船舶，其船体最大宽79米，型深30米，满载21米，载货量28万吨。
两种船体形式都经过了严格的模拟和实时测试，这为船体优化提供了非常宝贵的见解，并使生产此类设计在经济上成为可能。
可变浮力室
这种方法利用船体内策略性放置的隔间，可以充满空气或水以达到所需的浮力水平。
想象一下隔间就像救生衣里的气袋一样发挥作用。
与纵向管线相比，该方法在通风控制方面提供了更大的灵活性。
满载的船舶可能需要一些舱室被淹没以保持稳定性，而空船可以利用充满空气的舱室来实现最佳燃料效率。
优点：通风控制灵活性高，潜在提高燃油效率。
缺点：设计和施工的复杂性增加，可能需要额外的管道和控制系统。
结论
这一革命性概念有望改变船舶建造业。现有的监管框架需要改变，以适应这种新型船舶。例如，无压载船的优化船体设计可以显著减少燃料消耗，直接影响航运业的碳足迹。然而，挑战依然存在，例如需要进一步降低成本和开发基础设施来支持这些创新型船舶。
尽管如此，无压载船舶的演变代表着一条通往更加绿色和可持续的海洋未来的有希望的道路——一条在环境管理与公海经济可行性之间取得平衡的道路。
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