近一个世纪前，德国工程师 安东·弗莱特纳 (Anton Flettner) 将一艘船驶入大海。根据 1925 年发表在《大众科学月刊》(Popular Science Monthly) 上的一篇 文章，“没有帆或蒸汽，它就像一艘幽灵船，在没有明显推进力的情况下神秘地在水中航行。” 这艘船在寂静中航行，没有向空中排放任何东西。有趣的是，两根外观奇特、巨大的旋转圆柱体从甲板上竖起，“在波罗的海的汹涌海浪中，船以近乎原速度的两倍速度航行，”文章说。
弗莱特纳利用这些被称为旋翼帆的圆柱体为他的船提供动力，利用了数百年前船舶开始航行时最初驱动船只穿越海洋的同一种能源：风。当时，他的发明无法与蒸汽、煤炭以及最终的现代柴油发动机竞争。但如今，随着世界应对气候变化，航运业——事实上，整个全球交通运输业——必须找到摆脱化石燃料并转向更清洁能源的方法。在这些努力中，弗莱特纳的古老想法获得了新的关注。
“谁能想到，几个世纪后我们会认真研究如何利用风力来为船舶提供动力？” 国际清洁交通委员会 (International Council on Clean Transportation) 海洋项目高级研究员 Bryan Comer 说。“起初，所有船舶都实现了零排放，使用人力——船桨——或风力。现在，为了降低成本和环境影响，我们开始看到风力的创新应用，包括旋翼帆。看来我们已经走完了一个完整的循环。”
交通运输部门占向大气排放的二氧化碳和其他温室气体的近四分之一。尽管如此，能源驱动着我们的汽车、卡车、公共汽车、火车、轮船和飞机，我们依赖所有这些来运送食品和消费品，用于通勤、购物、送孩子上学和足球训练，以及让厌倦工作的人们去期待已久的假期。人们不会很快放弃他们的车辆，如果人们不能改变，那么车辆就必须改变。
专家们一致认为，如果我们要将全球变暖控制在 1.5 摄氏度（《巴黎气候协定》设定的目标）范围内，交通运输部门必须立即开始根本性变革。德国航空航天中心（German Aerospace Center）的科学家兼车辆系统专家 Johannes Pagenkopf 表示：“为了不辜负雄心勃勃的巴黎气候目标，我们必须立即并以非常快的速度在交通运输领域启动技术转型。”
如今的交通运输仍然严重依赖化石燃料，仅有很小一部分是基于电力的。Pagenkopf 说：“我们需要将我们当前的交通运输系统深刻地转向碳中和的未来。”
根据国际清洁交通委员会的数据，全球船舶排放的二氧化碳约占总排放量的 3%。航运业的专家认为，风力辅助技术——包括旋翼帆——将有助于船舶实现国际海事组织设定的减排目标。该组织呼吁到 2050 年将碳排放量比 2008 年的水平降低 50%。
装备旋翼帆的船舶并非完全不使用化石燃料，但这项技术可以帮助减少燃料消耗和污染。除了旋翼帆，船舶还可以部署 创新技术，例如鼓风机将气泡泵送到船体下方和部分船体表面，从而减少阻力，降低主发动机所需的功率。
Pagenkopf 认为，除了航运业，其他交通方式也必须由电力驱动。为此，他认为人们应该更多地依赖火车而不是汽车和飞机，因为大多数铁路已经使用电力。他希望有一天，飞机和船舶也能如此。“电池和燃料电池电力推进在短程和中程飞机和船舶上将获得动力，”他说。
一些短程飞机已经使用电池电力进行短途飞行，仅搭载几名乘客。“实际上，该行业已经以多种有意义的方式接受了电动飞机的概念，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 (University of Illinois at Urbana-Champaign) 航空航天工程副教授 Phil Ansell 说。“许多不同的行业团体目前正在进行关于电动飞机概念的内部研究。”
然而，在电池能够常规为飞机提供动力，尤其是在长途飞行中，还有许多重大障碍需要克服。目前的电池太重，无法让飞机飞行很远；研究必须侧重于减轻它们的重量。由于这些缺点，科学家们正在研究其他选择，包括将电池与燃料配对的 混合动力系统。
滑铁卢大学 (University of Waterloo) 机械与机电工程教授 Xianguo Li 正在研究类似的技术，将电池与燃料电池配对用于汽车。他认为他的系统将比目前的燃料电池寿命长十倍，并且生产成本足够低，最终可以取代传统的燃气发动机。 该系统 由一个电池和三个尺寸相同的燃料电池单元组成，根据所需的功率量进行切换。
“低速行驶时，电池提供动力，”李说。“如果电池能量水平低或电池功率不足，将激活三个燃料电池单元中的一个，燃料电池的输出将部分用于驱动，部分用于为电池充电。如果车辆加速，将激活两个燃料电池，满负荷时将激活所有三个燃料电池。”但他表示，燃料电池的寿命可能会更长，因为车辆只有大约三分之一的时间需要满负荷。
同样，李的滑铁卢同事 Amir Khajepour 开发了一种新的 阀门技术，可将传统内燃机的效率提高 10% 以上。他还创建了一个 电池系统，该系统可以收集和储存车辆制动时产生的热量，但仍然允许在怠速期间运行制冷单元和空调。
他说：“燃烧发动机将在未来许多年内成为重型运输的动力源。此外，目前尤其用于城市公交车或公用事业车队的车辆至少还有十年寿命。任何能够降低这些车辆燃油消耗和排放的技术，都将在使交通运输系统更加环保方面发挥巨大作用。”
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
