Водород встает на крыло

Водород встает на крыло

13.10.2021

Время прочтения - 5 мин.

В мировой гражданской авиации назревают «зеленые» перемены. Все больше компаний-производителей самолетов объявляют о разработке экологически чистых крылатых машин, призванных сократить выбросы парниковых газов.

Как один из вариантов, идет речь о двигателях на водороде, обладающих нулевой эмиссией СО2. Вытеснит ли он авиационный керосин из топливных баков самолетов? Взлетят ли эти проекты несмотря на их технические сложности?

Высокие устремления

В последние годы авиационный транспорт вызывает все большее раздражение у экологически настроенной общественности. При сжигании керосина в самолетных двигателях на каждый килограмм потребленного топлива в атмосферу попадает от 2,5 до 3,15 кг диоксида углерода. В результате любой рейс пассажирского или грузового лайнера загрязняет атмосферу минимум десятью тоннами CO2, плюс сотней килограммов оксида азота. А в расчете на одного пассажира авиация — самый неэкологичный транспорт, особенно при перевозках на короткие расстояния.

 

 

В целом на авиацию до пандемии приходилось около 2,5% антропогенных выбросов парниковых газов. Но их объем почти удвоился за последние 15 лет, несмотря на все усилия по снижению эмиссии за счет конструктивных улучшений двигателей и планера. По прогнозам, к середине века — при сохранении нынешних тенденций — вредных выбросов от авиации станет еще вчетверо больше.

Немудрено, что в последнее время появляется все больше проектов по переводу самолетов на альтернативные виды топлива. В числе которых — жидкий водород, LH2. Многим он кажется перспективным не только по экологическим причинам.

Удельная теплота сгорания водорода составляет не менее 120 МДж/кг — это где-то втрое выше, чем у авиационного керосина. Кроме того, он легко испаряется и почти моментально заполняет весь объем камеры сгорания, что способствует быстрому запуску двигателя при различных температурах и на разных высотах. Также он сгорает почти полностью, что продлевает ресурс двигателей. И, наконец, использование LH2 не приводит к выбросам диоксида углерода. В итоге к проектам лайнеров на водороде подключились гранды мировой авиации.

В сентябре 2020 года европейский концерн Airbus сообщил о работе над тремя концептами самолетов на водородном топливе, заявив о планах поставить их на рынок к 2035 году. Это региональный турбовинтовой самолет, реактивный лайнер на замену семейству A320neo и инновационное воздушное судно со смешанным крылом. Уже к 2027–2028 гг. должны завершиться НИОКР по созданию образцов, пригодных для массового промышленного производства.

Жесткое приземление

Пионером в области применения водорода в гражданской авиации является СССР. Советский экспериментальный Ту-155 на водородных двигателях совершил первый полет в 1988 году. В рамках проекта был отработан на практике целый ряд новых технологий: очистка, транспортировка, заправка и хранение на борту водорода, работа топливной системы и двигателей. Так что выводы Airbus о реалистичности создания лайнеров на LH2 базируются на солидном фундаменте.

Но не все с ними согласны. Контраргументов тоже немало. Водород летуч, а в смеси с воздухом крайне взрывоопасен: катастрофа дирижабля «Гиденбург» в 1937 году ясно показала, что хватит и одной случайной искры. Кроме того, LH2 с его малой плотностью (63–70 кг/м3) занимает в разы больше места, чем обычный керосин, а низкая температура кипения (-252,8 °C) исключает использование крыльев под топливные баки.

В концепте Airbus для их размещения отведена целая треть фюзеляжа, и так удлиненного до конструктивного предела. Соответственно, растут требования к размеру ВПП, а также к другой аэропортовой инфраструктуре. То есть даже если удастся создать надежный, безопасный и экономически эффективный лайнер на водороде, впереди еще годы работ и триллионы долларов затрат.

Навигационный маяк

Главный вопрос: а стоит ли игра свеч? И тут возникает еще одна проблема. LH2 сгорает с образованием водяного пара, который… тоже является парниковым газом, ответственным за две трети негативных эффектов для Земли. Возможно, по этой причине главный конкурент Airbus — американская корпорация Boeing —рассматривает для себя иные способы уменьшения вредных выбросов.

По ее планам, уже через 10 лет все ее гражданские самолеты будут летать исключительно на экологичных видах авиационного топлива.

«Оно может быть получено из самых разных видов сырья, включая непищевые растения, сельскохозяйственные и лесные отходы, неперерабатываемые бытовые отходы, газообразные отходы промышленных предприятий. Экологичность этих видов топлива подтверждена сертификатами независимых организаций», — указывают в корпорации.

Начиная с 2008 года, Boeing проводит испытательные полеты на биотопливе. А в 2018 году осуществлен полет Boeing 777 Freighter исключительно на эко-топливе (существующие правила разрешают его использование в смеси с традиционным авиакеросином в пропорции 50/50).

Впрочем, и у биотоплива есть недостатки, связанные, во-первых, с ограничениями по объемам производства (в основном это относится к топливу из растительного сырья). А во-вторых, многие его виды и сами оставляют широкий углеродный след, особенно в случаях, когда производятся с использованием электроэнергии, которая сейчас вырабатывается в основном на ТЭС, работающих на газе и угле.

Конечно, есть проекты по синтезу авиационного керосина из водорода и углекислого газа, в которых первый получается за счет зеленой энергетики, а второй — улавливается из промышленных выбросов, содержащих СО2. Но стоимость его в разы выше, чем у керосина из нефти, а всех существующих мощностей ВИЭ пока не хватает даже для полного отказа от использования ископаемого топлива на электростанциях.

Третий вариант — у него уже есть рабочие образцы — использовать в самолете электродвигатели, питающиеся от водородных топливных элементов. В сентябре 2020 года шестиместный Piper, модернизированный по такой схеме компанией ZeroAvia, которую основал и возглавляет выходец из России Валерий Мифтахов, совершил первый испытательный полет над английским Крэнфилдом. Четырьмя годами ранее HY4, разработанный в Германском центре авиации и космонавтики и рассчитанный на четырех человек включая пилота, поднялся в небо над Штутгартом. Впрочем, этот прототип помимо водородных элементов использовал Li-Ion аккумуляторы для питания двигателей при взлете и посадке.

Скорее всего, так или иначе водород найдет себе место в авиации — если не в большой, то хотя бы в малой. Но остается открытым вопрос: сколько и, главное, кому придется за это заплатить.

Есть мнение, что дело не ограничится только авиапассажирами. В конце концов, углеродный налог, посредством которого власти развитых стран будут стимулировать переход на «экологически чистое» топливо в авиации в том числе, ляжет бременем на каждого, кто потребляет хоть что-то, отличное от солнечного света и атмосферного воздуха.

Подпишись на наш телеграм канал

только самое важное и интересное

Подписаться
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читать также

Возвращение авосек: Украина вступила в беспластиковую эру

Возвращение авосек: Украина вступила в беспластиковую эру

Полиэтиленовые пакеты в XXI веке получили такое широкое хождение, что начали представлять серьезную проблему для окружающей среды. По данным ООН, если ничего не предпринимать, к середине века человечество будет производить 33 млрд тонн синтетической продукции в год, что в 110 раз превышает сегодняшний объем.

13 июля 2021 г.

Отказ от биткоина: манипуляция или поиск альтернатив для Tesla?

Отказ от биткоина: манипуляция или поиск альтернатив для Tesla?

Tesla заявила о приостановке продаж авто за ВТС, аргументировав решение тем, что при ее добыче страдает экология. Это повлекло изменения на рынке валюты: цена биткоина резко упала, а стоимость монет, основанных на POS-алгоритме, пошла в рост.

26 июня 2021 г.

Amazon и другие IT-гиганты массово скупают зеленую энергию

Amazon и другие IT-гиганты массово скупают зеленую энергию

IT-компании активно финансируют проекты в области солнечной, ветровой и прочих видов энергии из возобновляемых источников. Таким образом они приводят потребление энергии в соответствие с экологическими нормами. Однако благое дело портят нюансы. Одна из причин активности технокомпаний — необходимость  заключения сделок по долгосрочному обеспечению электроэнергией центров обработки данных (ЦОД). Об этом сегодня, 23 июня, сообщает The Wall Street Journal (WSJ). «Такие центры — одни из крупнейши...

23 июня 2021 г.

России выписали «зеленую» повестку

России выписали «зеленую» повестку

В фокусе внимания участников Международного экономического форума были почти исключительно вопросы постковидного восстановления экономики РФ. В числе приоритетов для дальнейшего роста, которые обозначил президент России Владимир Путин — «зеленая» повестка.

18 июня 2021 г.

Jaguar Land Rover создает электромобиль на водородных топливных элементах

Jaguar Land Rover создает электромобиль на водородных топливных элементах

Производитель премиальных легковых автомобилей и внедорожников стремится соответствовать политике правительств по сокращению выбросов парниковых газов. С 2025 года бренд Jaguar станет полностью электрическим. Кроме того, к 2026 г. JLR выпустит шесть электрических моделей Land Rover. Британский автопроизводитель Jaguar Land Rover (JLR) работает над прототипом электромобиля на водородных топливных элементах (ТЭ). Испытания концепта начнутся уже в конце этого года. Об этом сегодня, 15 июня, сообщ...

15 июня 2021 г.

Airbus анонсировала производство первых самолетов с водородными двигателями

Airbus анонсировала производство первых самолетов с водородными двигателями

Авиастроительная корпорация планирует с 2035-го года начать постепенный ввод в эксплуатацию самолетов с нулевыми выбросами. Первыми выйдут на воздушные маршруты маломагистральные лайнеры. Крупнейшая европейская корпорация аэрокосмической промышленности — Airbus Group — заявила, что к 2035 году планирует разработать первый в мире коммерческий самолет с нулевым объемом выбросов. Об этом сегодня, 10 июня, сообщает Reuters. В презентации группы отмечается, что по меньшей мере до 2050 года большин...

10 июня 2021 г.

Концентрация CO₂ в атмосфере достигла максимума за 4,5 миллиона лет

Концентрация CO₂ в атмосфере достигла максимума за 4,5 миллиона лет

В первых числах июня в северном полушарии традиционно фиксируется достижение антирекорда — пикового содержания углекислого газа в атмосфере. В 2021 году этот показатель взлетел до 419 молекул CO₂ на миллион молекул воздуха (ppm, или частей на млн). Массив статистических данных за шесть десятилетий наблюдений за содержанием углекислого газа свидетельствует: в этом году человечество вышло на рекордный за 4,5 миллиона лет уровень. Непрерывное накопление двуокиси углерода активно стимулирует глобал...

8 июня 2021 г.

Бесшумный альянс Honeywell и Denso

Бесшумный альянс Honeywell и Denso

Рынок электросамолетов с вертикальным взлетом и посадкой, получивших название eVTOL (Electric Vertical Take Off and Landing), пополнился двумя авторитетными игроками, готовыми сделать новые самолеты более безопасными, эффективными, тихими и, конечно, экологически чистыми. Производитель широкого спектра комплектующих для авто, в том числе систем управления двигателей и генераторов, основной поставщик Toyota — японская Denso — вступает в альянс с крупным оборонным подрядчиком, разработчиком авиад...

25 мая 2021 г.

{"type":"article","id":2121,"isAuthenticated":false,"user":null}