Двухместный Velis Electros уже тихонько гудит над Европой, электрические гидропланы проходят испытания в Британской Колумбии, грядут и более крупные самолеты. 15 сентября 2022 года Air Canada объявила, что купит 30 электрических гибридных региональных самолетов у шведской компании Heart Aerospace, которая рассчитывает ввести в эксплуатацию свой 30-местный самолет к 2028 году. Аналитики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США отмечают, что вскоре после этого может быть готов первый гибридный электрический пригородный самолет на 50–70 мест. Говорят, что в 2030-х годах электрическая авиация действительно может взлететь.
Самолеты — одни из самых сложных транспортных средств, но самая большая проблема для их электрификации — это вес батареи. Если бы вы попытались полностью электрифицировать Боинг-737 с современными батареями, вам пришлось бы убрать всех пассажиров и груз и заполнить это пространство батареями только для того, чтобы не пролететь и часа.
Реактивное топливо может содержать примерно в 50 раз больше энергии по сравнению с батареями на единицу массы. Итак, в итоге, у вас встает выбр между 1 килограммом реактивного топлива или 100 килограммами аккумуляторов. Чтобы сократить этот разрыв, нам нужно либо сделать литий-ионные батареи легче, либо разработать новые батареи, которые будут удерживать больше энергии. Разрабатываются новые аккумуляторы, но они еще не готовы к использованию в самолетах.
Даже если мы не сможем полностью электрифицировать Боинг 737, мы можем получить некоторую выгоду от сжигания топлива и аккумуляторов в более крупных самолетах, используя гибридные силовые установки. Инжинеры пытаются сделать это в краткосрочной перспективе, с целью 2030-2035 годов для небольших региональных самолетов. Чем меньше топлива сжигается во время полета, тем меньше выбросов парниковых газов.
Гибридные электрические самолеты похожи на гибридные электрические автомобили тем, что в них используется комбинация аккумуляторов и авиационного топлива. Проблема в том, что ни в одной другой отрасли промышленности нет таких ограничений по весу, как в аэрокосмической отрасли. Поэтому нужно крайне изобретательно относитсья к тому, как и насколько гибридизируется двигательная установка.
Использование аккумуляторов в качестве вспомогательного источника питания во время взлета и набора высоты — очень перспективный вариант. Выруливание на взлетно-посадочную полосу, используя только электроэнергию, также может сэкономить значительное количество топлива и уменьшить местные выбросы в аэропортах. Между добавленным весом батареи и тем, сколько электроэнергии вы можете использовать, чтобы получить чистую топливную выгоду, существует золотая середина. Гибриды по-прежнему будут сжигать топливо во время полета, но значительно меньше.
Но большиснтво экспертов склонны рассматривать гибридизацию как среднесрочный вариант для больших самолетов, и как краткосрочное решение для региональных самолетов. В период с 2030 по 2035 год инжинеры сосредоточатся на гибридных турбовинтовых самолетах, как правило, региональных самолетах с 50-80 пассажирами или используемых для грузовых перевозок. Эти гибриды могут сократить расход топлива примерно на 10%.
С электрическими гибридами авиакомпании также могли бы более эффективно использовать региональные аэропорты, уменьшая заторы и время, которое большие самолеты тратят на холостом ходу на взлетно-посадочной полосе.
В ближайшей перспективе мы увидим более широкое использование устойчивого авиационного топлива или SAF. С современными двигателями вы можете сливать экологичное авиационное топливо в один и тот же топливный бак и сжигать его. Топливо из кукурузы, семян масличных культур, водорослей и других жиров уже используется.
Устойчивое авиационное топливо может сократить чистые выбросы углекислого газа самолета примерно на 80%, но предложение ограничено, а использование большего количества биомассы в качестве топлива может составить конкуренцию производству продуктов питания и привести к вырубке лесов.
Второй вариант — использование синтетического устойчивого авиационного топлива, которое включает улавливание углерода из воздуха или других промышленных процессов и его синтез с водородом. Но это сложный и затратный процесс и пока не имеет больших масштабов производства.
Является ли водород вариантом для авиации? Водородное топливо существует уже очень давно, и когда это зеленый водород, произведенный из воды и электролиза на возобновляемых источниках энергии, он не производит углекислый газ. Он также может удерживать больше энергии на единицу массы, чем батареи. Есть два способа использовать водород в самолете: либо вместо обычного реактивного в двигателе, либо в сочетании с кислородом для питания водородных топливных элементов, которые затем вырабатывают электричество для питания самолета.
Проблема в объеме — газообразный водород занимает много места. Вот почему инженеры изучают такие методы, как его охлаждение, чтобы его можно было хранить в жидком состоянии до тех пор, пока он не сгорит в газообразном состоянии. Он по- прежнему занимает больше места, чем авиационное топливо, а резервуары для хранения тяжелые, поэтому до его стабильного применения пройдёт не сало времени.
Airbus проводит много исследований по сжиганию водорода с использованием модифицированных газотурбинных двигателей на платформе A380 и стремится к 2025 году разработать зрелую технологию. Австралийская авиакомпания Rex планирует начать испытания 34-местного водородно-электрического самолета для коротких перелетов в ближайшие несколько лет.
В любом случае высока вероятность, что в ближайшие 10 лет в небо поднимется не мало самолетов использующих альтернативные двигатели (гибридные или водородные). Вполне вероятно, что среди них окажуться и полностью электрические варианты, если в их надежности не будет сомнений.
