Какой самолет самый экологичный?
Пандемия сильно ударила по мировой авиации. Количество полетов сократилось в разы, страны то закрываются, то открываются. Один плюс от этой ситуации все-таки есть — выбросы вредных веществ тоже резко сократились. На долю авиации приходится до 3% мировых парниковых газов. Но ведь когда-нибудь пандемия закончится? Как может развиваться отрасль, чтобы сократить ущерб окружающей среде?
Автопром уже довольно успешно использует электрические и гибридные двигатели. И это не просто тестовые модели, а массовые — они продаются и ездят по дорогам многих стран. В авиации над этим только работают.
Чего уже достигли? В 2008 году Boeing запустил первый в мире самолет с водородным двигателем. В воздух он поднял всего одного человека — пилота, но было доказано, что эта технология в принципе применима в авиации.
В 2016 году полет совершил первый в мире четырехместный самолет на водородном топливе, построенный Немецким агентством авиационных исследований при содействии университета Ульма.
Сейчас в качестве одного из решений рассматривается гибридно-электрический самолет. Как и в гибридном автомобиле, в нем предполагается использовать два источника энергии: обычное топливо и электрическую батарею (или водородный топливный элемент).
Ксавье Робоам, заместитель директора лаборатории Университета Тулузы: «Путем гибридизации источников можно снизить расход топлива в самолетах и, следовательно, воздействие на окружающую среду. Это первый шаг перед последним шагом, которым может стать полностью электрический самолет с нулевым уровнем выбросов»
Зачем же нужен этот шаг? Почему электрический самолет не может сейчас прийти на смену обычным?
Дело в количестве энергии, которое выдает двигатель на килограмм массы самолета. Существующие сейчас батареи слишком тяжелы, чтобы их можно было использовать без других источников питания. Их вес примерно в 30 раз больше, чем объем керосина, который может обеспечить такое же количество энергии.
Самый большой из электрических самолетов, которые сейчас совершают испытательные полеты, может взять на борт до 9 пассажиров и преодолеть с ними 160 км. С батареями, которые позволили бы перевозить привычное нам количество пассажиров на более значимое расстояние самолет будет слишком тяжелым для взлета.
Поэтому основные усилия ученых и конструкторов сосредоточились сейчас на разработке гибридных самолетов. В частности, в Университете Тулузы работают над проектом HASTECS. Его цель сейчас — добиться наилучшего соотношения между мощностью батареи и весом, необходимым для этой мощности. По расчетам Ксавье Робоама, на доработку гибридного самолета у них уйдет от 5 до 15 лет.
В сентябре Airbus объявил о планах создания первого в мире самолета с нулевым уровнем выбросов. Концерн представил 3 концепции, каждая из которых представляет собой отдельный подход и исследует различные технологии и аэродинамические конфигурации. Все они в качестве топлива используют углерод. В Airbus считают, что именно он станет чистым климатически нейтральным авиационным топливом.
Гийом Фори, генеральный директор Airbus: «Я твердо верю, что использование водорода — как в синтетическом топливе, так и в качестве основного источника энергии для коммерческих самолетов — может значительно снизить воздействие авиации на климат».
По первой концепции самолет имеет турбовентиляторный двигатель и может перевозить от 120 до 200 пассажиров на расстояние до 3700 км.
Второй самолет может взять на борт до 100 пассажиров и преодолеть до 1800 км. Вместо турбовентиляторного он использует турбовинтовой двигатель.
Третий — самый футуристично выглядящий — самолет со «смешанным крылом». Его крылья сливаются с основным фюзеляжем. Перевозить он сможет до 200 пассажиров на расстояние до 3700 км. Очень широкий фюзеляж дает возможность организовать дополнительное место для хранения и распределения водорода.
Все три самолета будут изучаться и совершенствоваться, чтобы к 2035 году создать первый в мире климатически нейтральный самолет с нулевым уровнем выбросов.
Разработкой гибридно-электрического самолета занимаются и в Штутгартском университете. Цель проекта FutPrint50 — к 2035 году ввести в эксплуатацию воздушное судно, которое сможет вмещать до 50 пассажиров. По мнению руководителей проекта, рассматривать меньшую вместимость не имеет смысла с коммерческой точки зрения.
Сейчас команда сосредоточилась на выборе способа сбора энергии, который поможет снизить вес батареи и топлива. В частности, они предполагают, что во время снижения, когда мощность самолету не требуется, пропеллеры могут генерировать энергию из воздушного потока — по аналогии с электромобилями, в которых электричество вырабатывается во время торможения.
Андреас Штромайер, заведующий кафедрой проектирования самолетов Штутгартского университета: «Я мечтаю, что мои внуки смогут сидеть со мной на борту одного из этих самолетов через 20 лет. Я хочу увидеть, как его построят».
Что же должно произойти, чтобы эта мечта осуществилась?
Во-первых, необходимо развивать технологии хранения водорода, чтобы его хватало для передвижения на значительные расстояния. Кроме того, необходимо разработать новые способы доставки водорода в аэропорты. Придется также изменить интерьер самолетов, чтобы интегрировать все необходимые системы и трубопроводы.
Большая часть водорода в мире сейчас производится путем риформинга метана из природного газа. Но ученые предпринимают усилия по разработке экологически чистого водорода — используя электрический ток (полученный из возобновляемых источников) для преобразования воды в кислород и водород. Сейчас таким образом производится лишь малая часть водорода. Если это количество удастся существенно увеличить, то при отсутствии выбросов от самих самолетов авиация стала бы по-настоящему чистым видом транспорта.
Самолеты, использующие водород, будут выделять лишь воду. Судя по испытаниям, которые уже прошли, они смогут летать с той же скоростью, что и обычные.
По материалам: horizon-magazine.eu, futprint50.eu, airbus.com, airlines.iata.org, wired.com, theengineer.co.uk