Поможет ли водород выиграть в топливной эффективности? Посмотрим!
Если начать считать, то выяснится, что полностью заправленный Boeing 787-10 Dreamliner может пролететь 12.8 тысяч километров, перевозя около 300 пассажиров вместе с их багажом и другим грузом. Если же мы захотим повторить подобное, используя электрическую батарею, то её масса будет порядка 3 тысяч тонн. И вот тут кажется, что экологические преимущества современных концептов сходят на нет, и у нас никогда не появятся электрические авиалайнеры на дальние дистанции… Или же в этом что-то есть?
Авиационные компании, работающие над созданием "чистых" самолётов, изучают различные возможности для питания электрических двигателей, в том числе использование водорода, самого распространённого в мире элемента. Самолёты с водородными двигателями уже летают, хотя в основном это небольшие экспериментальные самолёты, о некоторых из можно узнать на нашем Telegram-канале. И, как мне кажется, именно подобные ЛА, несмотря на штучный характер, помогают проложить путь к авиации с нулевым выбросом, стратегии, которую хотят реализовать к 2050 году. Хотя запасов водорода много, есть ряд нюансов, которые необходимо выяснить. Итак, приступаем!
Однако, хороший пример заразителен
Компания Airbus, известная своими экологичными проектами, отметила в лице Аманды Симпсон следующее: «Есть три способа использовать водород в качестве топлива на борту самолёта. Водород может быть источником энергии для топливных элементов, в гибридных самолётах или в качестве горючего топлива». Наиболее близкие ассоциации возникают при упоминании автомобильной промышленности, где технологии альтернативного топлива хорошо зарекомендовали себя. Дизельные автомобили, работающие на отработанном масле для жарки картофеля, существуют ещё с момента появления первых безлошадных экипажей. Гибридные газовые и электрические автомобили, такие как Toyota Prius, доступны уже с 1997 года. Но при этом только несколько моделей, включая Toyota Mirai и Hyundai Nexo, используют водородные топливные элементы.
Когда Вал Мифтахов только основал компанию ZeroAvia для разработки экологически чистых самолётов, он решил использовать электрические батареи. Сибирский эмигрант и физик на ранних этапах проекта переоборудовал бензиновые двигатели в электрические, а также дорабатывал систему зарядки. Но аккумуляторы в рамках подобных решений выдерживали только самые короткие маршруты, например, тренировочные полёты. Как отметил Мифтахов: «Если задача длится не больше часа, то ёмкости батарей хватит».
И теперь, компания ZeroAvia пошла по другому пути, выбрав в качестве топливных элементов, батареи, где ион лития заменяется водородом. Как отметил глава компании: «Водород примечателен плотностью своей энергии, которая примерно в три раза больше, чем у классического сжигаемого топлива. Побочным продуктом горения водорода является вода. Водород можно получать из воды и возобновляемых источников энергии, но большая его часть сейчас все-равно производится из природного газа, который не особо то и экологичен».
Экология ли и экономия ли?
Вал также признал, что контейнеры для хранения водорода, которые предназначены для наземного транспорта, неприменимы для самолётов: «Нам нужно сосредоточиться на снижении веса». Да, в отличие от электрических батарей, водородные топливные элементы можно перезарядить за считанные минуты, но заправочных станций мало, а их строительство затратно.
По словам Пэта Андерсона, профессора аэрокосмической техники, университета Эмбри-Риддла, эта проблема менее критична для гибридных самолётов. Современные системы могут попеременно использовать сочетание электроэнергии и мощности сгорания или же использовать двигатель внутреннего сгорания в качестве генератора для выработки электроэнергии. По словам Андерсона, комбинации различных решений дадут самолётам большую дальность полёта, чем использование отдельно батарей или топливных элементов.
Ещё один эксперт Рой Ганзарски отметил также и то, что независимо от источника энергии, у электродвигателей есть одно существенное преимущество – стоимость эксплуатации. «Самолеты сегодня действительно очень дороги, и главная причина - в двигателях. Они требуют много ухода и потребляют много дорогостоящего топлива. Я могу снизить эксплуатационные расходы на этот самолёт в среднем на 40-50 процентов только за счёт того, что электродвигатели требуют значительно меньшего сервисного обслуживания».
Упомянув ZeroAvia, стоит рассказать и о решение, представленное Harbour Air, которая позиционирует себя как «крупнейшая в мире авиакомпания гидросамолетов». Сейчас концерн добивается разрешения на перевозку пассажиров на своём электрическом двигателе MagniX de Havilland dhc-2 Beaver. Успех своего мероприятия они подтверждают удачным полётом 10-местного самолёта Cessna Grand, оснащённый упомянутой выше установкой.
Да, с точки зрения поднятия в воздух B787 подобное не особо впечатляет. Но это не значит, что большие самолёты не могут стать экологичными или, по крайней мере, более экологичными. Несколько нефтеперерабатывающих предприятий и авиакомпаний экспериментируют с экологически безопасным авиационным топливом, известным как SAF. Эти виды топлива, которые горят так же, как и обычное топливо «Jet A», могут быть получены из отходов, таких как использованные кулинарные жиры. А такие компании, как Neste, используют водород для очистки своей вариации топлива SAF.
Хотя и SAF топливо может успешно справляться со снижением уровня выбросов, как-то порой упускается, что миру уже несколько десятилетий известны примеры крупных самолётов, которые успешно летают, сжигая чистый водород без выбросов. Так, в 1957 году Martin B-57B частично выполнял полёт, используя водород в качестве заправочного элемента. А в 1988 году советский авиалайнер Ту-155, используя тот же тип топлива прошёл серию испытаний.
И тут встаёт вопрос, почему же подобные самолёты не пошли в серию, а любое упоминание о водородном самолёте означает обращение к дирижаблям? Прежде всего, необходимо отметить, что водород использовался ещё с 1783 года для воздушных шаров. Однако, его авиационное будущее омрачилось 6 мая 1937 года, когда дирижабль «Гинденбург» публично загорелся при посадке в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, убив 36 человек. До сих пор ведутся споры о том, что вызвало подобную трагедию, водород или же легковоспламеняемая краска, нанесённая на обшивку ткани дирижабля. Но, как бы то ни было, репутации водорода это наносит ущерб и сегодня.
В современной хронике также нашёлся неудачный опыт использования водорода для воздушных судов. Так, компания ZeroAvia в апреле 2020 года отметилась аварией самолёта Piper Malibu Mirage M350, работающего на водородных топливных элементах. Хорошей новостью было то, что никто не пострадал, хотя самолёт потерял одно из крыльев. Более того, отсутствие утечки топлива и нагретого двигателя, способного его зажечь, позволило избежать возгорания, подобного трагедии 1937 года.
Как отмечает ранее упомянутый нами г-н Мифтахов: «Сама водородная система выдержала безупречную работу. Бригада экстренной помощи сказала, что, если бы это был самолёт, работающий на ископаемом топливе, пожар был бы в разы масштабнее».
Безопасность, однако, не единственный аргумент против водорода, цена производства и относительная экологичность также вызывают некоторые вопросы. Хотя «зелёный» водород можно производить с помощью воды и возобновляемых источников энергии, большая часть производимого в настоящее время так называемого «серого водорода» производится с использованием ископаемого топлива, которое ненамного чище, чем сжигание самого этого топлива.
Сторонники водорода в ответ на это заявляют, что технологические усовершенствования и увеличение масштабов производства помогут снизить стоимость до 1 доллара за килограмм, т.е. до точки, в которой водород конкурентоспособен с ископаемым топливом. Этой же концепции придерживаются правительства в лице инициативы «Earthshots». В рамках данной программы уже запланированы инвестиции в размере 400 миллионов долларов в 2022 году для достижения стоимости в 1 доллар за килограмм водорода в течение 10 лет. Также «водородные активисты», такие как г-н Ганзарский, утверждают, что, хотя производство зелёного водорода может быть дорогостоящим, цена отказа от использования водородных самолётов может быть ещё выше. Особенно с учётом того, что выбросы вредят вашему здоровью, а его потом не купишь ни за какие деньги.
Лучше уж на спирте пусть летают!
опыт конечно подобный был, но не в чистом виде, так как его энергии просто не хватит для взлёта