фунтов на квадратный дюйм Это интервью впервые появилось на The Conversation 19 сентября 2022 года. Infosperber перевел его под лицензией Creative Commons.

Электрические самолеты могут показаться футуристическими, но вскоре их можно будет использовать, по крайней мере, на коротких дистанциях. Двухместные Velis Electros уже спокойно летают по Европе, электрические гидросамолеты проходят испытания в Британской Колумбии, а более крупные самолеты находятся на подъеме. 15 сентября 2022 года Air Canada объявила о покупке 30 гибридных электрических региональных самолетов у шведской компании Heart Aerospace, которая планирует 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 гибридно-электрический пригородный самолет на 50–70 мест. Говорят, что в 2030-х годах электрическая авиация действительно может взлететь.

Сегодня около 3 процентов глобальных выбросов приходится на авиацию, и, поскольку по мере роста населения ожидается увеличение количества пассажиров и рейсов, к 2050 году авиация может выбрасывать в три-пять раз больше углекислого газа, чем до пандемии COVID-19.

Аэрокосмический инженер и доцент Гекчин Чинар разрабатывает концепции устойчивой авиации, включая гибридные электрические самолеты и водородное топливо, в Мичиганском университете. The Conversation спросили ее об основных способах сокращения выбросов в авиации и развитии таких технологий, как электрификация и водород. .

Почему так сложно электрифицировать авиацию?

Самолеты — одни из самых сложных транспортных средств, но самая большая проблема с их электрификацией — это вес аккумуляторов.

Если бы вы попытались полностью электрифицировать Боинг-737 с современными батареями, вам пришлось бы вывезти всех пассажиров и груз и заполнить сиденья батареями только для того, чтобы лететь в течение часа.

Реактивное топливо может хранить примерно в 50 раз больше энергии на единицу массы по сравнению с батареями. Таким образом, вы можете использовать 1 фунт керосина или 50 фунтов батарей. Чтобы закрыть этот пробел, нам нужно либо сделать литий-ионные батареи легче, либо разработать новые батареи, которые сохранят больше энергии. В настоящее время разрабатываются новые батареи, но они пока не подходят для самолетов. Электрической альтернативой являются гибриды.

Хотя мы, возможно, не сможем полностью электрифицировать Боинг 737, мы можем сократить расход топлива, используя гибридные силовые установки на более крупных самолетах. Мы пытаемся достичь этого в краткосрочной перспективе, с целью 2030-2035 годов для небольших региональных самолетов. Чем меньше топлива сжигается во время полета, тем меньше выбросов парниковых газов.

Как гибридная авиация помогает сократить выбросы?

Гибридные электрические самолеты похожи на гибридные электрические автомобили тем, что в них используется комбинация аккумуляторов и авиационного топлива. Проблема в том, что ни одна другая отрасль не имеет таких ограничений по весу, как аэрокосмическая промышленность. Вот почему мы должны очень тщательно подумать о том, как и в какой степени мы гибридизуем систему привода.

Перспективным вариантом является использование аккумуляторов для энергообеспечения при взлете и наборе высоты. Выруливание на взлетно-посадочную полосу с использованием только электроэнергии может также сэкономить значительное количество топлива и уменьшить местные выбросы в аэропортах. Существует критическая точка между добавленным весом батареи и количеством энергии, которое можно использовать для получения чистой топливной выгоды. Эта проблема оптимизации находится в центре моего исследования.

Гибриды по-прежнему будут использовать топливо во время полета. Но это может быть значительно меньше, чем полагаться исключительно на керосин.
Я рассматриваю гибридизацию как среднесрочный вариант для больших самолетов, но краткосрочное решение для региональных самолетов.

В 2030-2035 годах мы сосредоточимся на гибридных турбовинтовых самолетах, как правило, на 50-80 пассажирских региональных или грузовых самолетов. Эти гибриды могут снизить расход топлива примерно на 10 процентов.

Гибридные электрические самолеты также позволят авиакомпаниям использовать больше региональных аэропортов, уменьшая заторы и время, которое большие самолеты проводят на взлетно-посадочной полосе.

Что вы ожидаете от устойчивой авиации в ближайшем будущем?

В краткосрочной перспективе мы увидим более широкое использование устойчивого авиационного топлива (SAF). С современными двигателями вы можете слить экологически чистое авиационное топливо в один и тот же бак и сжечь его. Топливо из кукурузы, водорослей, семян масличных культур и других жиров уже используется.

Экологически безопасное авиационное топливо может сократить чистые выбросы углерода самолетами примерно на 80 процентов, но предложение ограничено, а использование большего количества биомассы в качестве топлива может конкурировать с производством продуктов питания и привести к вырубке лесов.

Второй возможностью является использование синтетического устойчивого авиационного топлива, при котором углерод улавливается из воздуха или других промышленных процессов и синтезируется с водородом. Однако это сложный и дорогостоящий процесс, который пока невозможно осуществить в больших масштабах.

Авиакомпании также могут оптимизировать свои операции в краткосрочной перспективе, например, планируя маршруты полетов таким образом, чтобы они не летали с почти пустыми самолетами. Это также может уменьшить выбросы.

Является ли водород вариантом для авиации?

Водород как топливо существует уже очень давно, и когда это зеленый водород, сделанный из воды и электролиза из возобновляемых источников энергии, в нем нет углекислого газа. Он также может хранить больше энергии на единицу массы, чем батареи.

Есть два способа использовать водород в самолете: либо вместо обычного реактивного топлива 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. Поэтому инженеры ищут способы сохранить его очень холодным, чтобы его можно было хранить в виде жидкости до тех пор, пока он не сгорит в виде газа. Водород по-прежнему занимает больше места, чем керосин, а резервуары для хранения тяжелые, поэтому все еще проводятся исследования по его хранению, обработке и распределению в самолетах.

Airbus интенсивно исследует процесс сжигания водорода в модифицированных газотурбинных двигателях на платформе A380 и планирует к 2025 году создать зрелую технологию. Австралийская авиакомпания Rex планирует начать испытания 34-местного ближнемагистрального водородно-электрического самолета в ближайшие несколько лет. Из-за разнообразия возможностей я считаю водородный двигатель одной из ключевых технологий для устойчивой авиации.

Смогут ли эти технологии достичь целей авиационной отрасли по сокращению выбросов?

Проблема с выбросами от авиации заключается не в текущих уровнях, а в опасениях, что выбросы будут быстро увеличиваться по мере увеличения спроса. К 2050 году выбросы углерода от авиации могут в три-пять раз превысить допандемический уровень.
Международная организация гражданской авиации (ИКАО), орган Организации Объединенных Наций, устанавливает более широкие цели отрасли, исследуя, что возможно и как авиация может раздвинуть границы.

Его долгосрочная цель — сократить чистые выбросы углекислого газа на 50 процентов к 2050 году по сравнению с уровнем 2005 года. Для достижения этой цели требуется сочетание различных технологий и оптимизаций. Я не знаю, сможем ли мы достичь этой цели к 2050 году, но я считаю, что мы должны сделать все возможное, чтобы сделать будущее авиации зеленым.