藤井 啟太（左）
NAKASHIMA PROPELLER株式會社
工程本部
裝置設計部 課長
川島 英幹（中）
國立研究開發法人海上・港灣・航空科技研究所
海上技術安全研究所 流體設計系
流體控制研究團隊 首席研究員
新川 大治朗（右）
國立研究開發法人海上・港灣・航空科技研究所
海上技術安全研究所 流體設計系實際海域性能研究團隊
主任研究員
「創新日本走訪」系列採訪那些以實際應用於社會一線為目標的研發現場。第26回採訪的是日本國立研究開發法人海上・港灣・航空科技研究所、海上技術安全研究所的川島英幹首席研究員，他正嘗試將降低船舶與水之間摩擦阻力的高級空氣潤滑系統與IoT相結合，以提高節能效果的研究開發。該技術已實現社會化應用，首艘航船已於2025年1月投入運營。
持續研究30年、在巨大水槽中進行實驗
被日本省廳聯動型實用化制度選中
本刊記者採訪了從三鷹站乘坐巴士約10分鐘路程，毗鄰神代植物公園，周圍綠樹成蔭的海上技術安全研究所。該研究所擁有橫跨東京都三鷹市和調布市的大面積用地和眾多試驗設施。其中最引人注目的是全長400米的巨大實驗用水槽（圖1）。利用船舶模型，可以在接近實際航行的環境下進行實證實驗。川島英幹首席研究員自1995年起便開始研究空氣潤滑法，當時該研究所還隸屬於運輸省船舶技術研究所。
圖1 全長400米、堪稱世界規模的實驗用水槽。
將空氣從船底吹出，船舶與水之間的摩擦阻力就會減少，船舶的燃油效率隨之提高。這就是「空氣潤滑法」。通常，在水中包含的小氣泡比例增加，摩擦阻力就會減少。在實驗中，摩擦阻力可以減少到接近100%，但在實際船舶中，減少程度約為30%至40%。摩擦阻力的減少也會隨船速和波浪等因素而變化。此外，通過非連續週期性地吹出空氣，也可以削減摩擦阻力。該研究所的新川大治朗主任研究員表示：「我們正在使用數值模擬，驗證在不同條件下的氣泡減少摩擦阻力效果」（圖2）。
圖2 模擬器圖像
通過週期性吹出空氣並進行監測與控制，提升節能效果的高度空氣潤滑法（AdAM）的實用化研究，被日本內閣府主導的省廳聯動型SBIR（Small/Startup Business Innovation Research）制度選中，並分階段1和階段2兩個階段推進。階段1由國立研究開發法人科學技術振興機構（JST）的大學創辦新產業創造計畫（START）項目推進型SBIR階段1支援實施。研究團隊以航行於國內的內航船為對象，構建了利用IoT的監測系統原型，開發出能夠根據船體狀態、波浪與潮流等海象條件進行調整的空氣潤滑系統控制技術。研究以系統搭載於499噸級貨船為前提，通過數值模擬與實驗對其經濟性和節能性能進行了評估。實驗中使用了前面提到的巨大水槽。
隨後的階段2在日本國土交通省提供的實用化開發支援下展開，實施了面向社會化實際應用的更正式的技術開發。包括根據波浪引起的搖晃等船舶狀態進行最優空氣吹出方式的模擬，以及通過IoT進行監測系統的研究等。川島表示：「在船體搖晃的情況下，空氣會從船底逸出，減阻效果會減弱，為此我們正在探索最優的空氣吹出方式。」
開發的系統利用IoT收集船舶的速度、搖擺情況、發動機和空氣潤滑系統裝置等多種數據，並發送到陸地上的數據伺服器。通過分析這些數據，並對船上搭載的裝置進行最佳控制，可以在不給船員增加額外操作負擔的情況下實現節能。
內航貨船「Churasan」投入航運
開始收到來自國內外的諮詢
川島等人在AdAM社會化應用方面的合作夥伴是在船舶螺旋槳製造方面享有全球知名度的NAKASHIMA PROPELLER株式會社（總部位於岡山市）。該公司以螺旋槳為中心，致力於實現船舶的高性能化、節能、燃油削減，以及溫室氣體排放削減。自2021年起，該公司與川島等人共同進行研究開發，成功實現了新型空氣潤滑系統「ZERO」的實用化。首次採用「ZERO」系統的船舶是於2025年1月投入運營的、全長約76米、499噸的內航貨船「Churasan」（圖3）。「Churasan」目前正處於邊航行邊採集數據，並對節能效果進行分析的階段。由於每日的波浪、潮流和裝載量等各不相同，因此分析並不容易。即便如此，基於空氣吹出方式的節能效果成果已開始顯現。從分析的運營數據中，獲得了週期性吹出比連續吹出節能效果更顯著的結果，證明了AdAM的有效性。
圖3 搭載了空氣潤滑系統「ZERO」的內航貨船「Churasan」。
NAKASHIMA PROPELLER公司的藤井啟太課長表示：「一旦有了被採用的成功案例，就會產生促進力。現在已經開始實際接到來自國內外的諮詢了。」一直與研發團隊一起思考面向社會化應用課題解決方案的國土交通省負責人表示：「SBIR階段1和階段2的聯動促成了社會化應用。我相信，本次系統將為面臨船員短缺、低碳化和去碳化等課題的內航海運業界帶來新的曙光，並能成為解決課題的一臂之力。」有了政府方面的推動，AdAM今後有望走向世界舞台。
氣候變遷對策的關鍵
攜手並進鑽研技術
作為應對氣候變遷的對策，船舶所使用的替代燃料被設想為生物燃料和合成燃料，但其價格高於既往使用的重油燃料。因此，節能所帶來的經濟效益更顯著。此外，為削減溫室氣體排放量，預計將出現從卡車到貨船的運輸方式轉換，因此船舶的節能將比以往任何時候都更加重要。為此，有必要對空氣潤滑系統進行優化。
川島回顧長達30年的研究時表示：「研究與社會局勢是相關的，（30年來）既有過順風的時候，也有過逆風的時候。但重要的是堅持不懈。」他還提到，在SBIR的兩個支援階段中，特別是通過JST的階段1，有機會結識與研究世界不同的人並進行討論，從而開闊了視野，受到了鼓舞。他還表示：「今後，我將繼續與NAKASHIMA PROPELLER協作，努力更新技術，希望能在世界各地的船只上實現空氣潤滑系統的搭載。」（TEXT：本橋惠一、PHOTO：島本繪梨佳）
原文：JSTnews 2025年12月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
