Электрические самолеты приближаются:региональные рейсы могут работать на батарейках через несколько лет

Электрические самолеты могут показаться футуристическими, но они не так уж и далеки, по крайней мере, для коротких перелетов.

Двухместный Velis Electros уже есть. тихо гудит по Европе, электрические морские самолеты проходят испытания в Британской Колумбии, и скоро появятся более крупные самолеты. Эйр Канада объявлено в сентябре.15 декабря 2022 года компания закупит 30 электрических гибридных региональных самолетов у шведской компании Heart Aerospace, которая рассчитывает ввести в эксплуатацию свой 30-местный самолет к 2028 году.Аналитики СШАНациональная лаборатория возобновляемых источников энергии отмечает, что первый гибридный электромобиль на 50–70 мест пригородный самолет может быть готов вскоре после этого.Они говорят, что в 2030-х годах электрическая авиация действительно сможет взлететь.

Это важно для управления изменением климата.Сегодня около 3% глобальных выбросов приходится на авиацию, и, поскольку по мере роста населения ожидается увеличение количества пассажиров и рейсов, авиация могла бы производить в три-пять раз больше выбросы углекислого газа к 2050 году, чем до пандемии COVID-19.

Аэрокосмический инженер и доцент Гекчин Чинар разрабатывает концепции устойчивой авиации, включая гибридные электрические самолеты и альтернативы водородному топливу, в Мичиганском университете.Мы спросили ее о ключевых способах сокращения авиационных выбросов сегодня и о том, куда движутся такие технологии, как электрификация и водород.

Почему авиацию так сложно электрифицировать?

Самолеты — одни из самых сложных транспортных средств, но самой большой проблемой при их электрификации является вес аккумулятора.

Если бы вы попытались полностью электрифицировать Боинг 737 с помощью современных батарей, вам пришлось бы вывезти всех пассажиров и груз и заполнить это пространство батареями, чтобы летать менее часа.

Реактивное топливо может содержать примерно в 50 раз больше энергии по сравнению с батареями на единицу массы.Итак, вы можете иметь 1 фунт авиакеросина или 50 фунтов аккумуляторов.Чтобы сократить этот разрыв, нам нужно либо сделать литий-ионные батареи легче, либо разработать новые батареи, которые сохраняют больше энергии.Разрабатываются новые батареи, но они еще не готовы для самолетов.

Ан электрическая альтернатива это гибриды.

Даже несмотря на то, что мы, возможно, не сможем полностью электрифицировать Боинг 737, мы можем получить некоторую выгоду от сжигания топлива от аккумуляторов в более крупных самолетах, используя гибридные силовые установки.Мы пытаемся добиться этого в краткосрочной перспективе, поставив цель к 2030–2035 годам выпуска 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 электромобили 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 мы в аэрокосмической отрасли.

Вот почему мы должны очень разумно подходить к тому, как и насколько мы гибридизируем двигательную систему.

Использование батарей в качестве вспомогательного источника питания во время взлета и набора высоты — очень многообещающий вариант.Руление к взлетно-посадочной полосе с использованием только электроэнергии также может сэкономить значительное количество топлива и снизить местные выбросы в аэропортах.Существует золотая середина между дополнительным весом батареи и количеством электроэнергии, которую вы можете использовать для получения чистой топливной выгоды.Эта проблема оптимизации находится в центре моих исследований.

Гибриды по-прежнему будут сжигать топливо во время полета, но это может быть значительно меньше, чем если бы они полностью полагались на реактивное топливо.

Я рассматриваю гибридизацию как среднесрочный вариант для более крупных самолетов, но как ближайшее решение для региональных самолетов.

В период с 2030 по 2035 год мы сосредоточимся на гибридных турбовинтовых самолетах, обычно региональных самолетах с 50-80 пассажирами или используемых для грузовых перевозок.Эти гибриды могли сократить расход топлива примерно на 10%.

С помощью электрических гибридов авиакомпании также смогут больше использовать региональные аэропорты, что сокращает заторы и время, которое большие самолеты проводят на холостом ходу на взлетно-посадочной полосе.

Что вы ожидаете увидеть в ближайшем будущем от устойчивой авиации?

В краткосрочной перспективе мы увидим более широкое использование экологически чистого авиационного топлива, или SAF.Благодаря современным двигателям вы можете сливать экологически чистое авиационное топливо в один и тот же топливный бак и сжигать его.Топливо, изготовленное из кукуруза, масличные культуры, водоросли и другие жиры уже используются.

Экологичное авиационное топливо может снизить чистые выбросы углекислого газа от самолетов примерно на 80%, но предложение ограничено, и использование большего количества биомассы в качестве топлива может конкурировать с производством продуктов питания и привести к вырубке лесов.

Второй вариант — использование синтетического экологически чистого авиационного топлива, которое предполагает улавливание углерода из воздуха или других промышленных процессов и синтез его с водородом.Но это сложный и затратный процесс и пока не имеет больших масштабов производства.

Авиакомпании также могут оптимизировать свою деятельность в краткосрочной перспективе, например: планирование маршрута чтобы избежать полетов на почти пустых самолетах.Это также может снизить выбросы.

Является ли водород вариантом для авиации?

Водородное топливо существует уже очень давно, и когда оно зеленый водород – производится с использованием воды и электролиза с использованием возобновляемых источников энергии – он не производит углекислый газ.Он также может удерживать больше энергии на единицу массы, чем батареи.

Есть два способа использования водорода в самолете:либо вместо обычного реактивного топлива в двигателе, либо в сочетании с кислородом для питания водородных топливных элементов, которые затем вырабатывают электроэнергию для питания самолета.

Проблема в объеме: газообразный водород занимает много места.Вот почему инженеры ищут такие методы, как сохранение его в очень прохладном состоянии, чтобы его можно было хранить в жидком виде до тех пор, пока оно не сгорит в виде газа.Это все равно занимает больше места чем реактивное топливо, а резервуары для хранения тяжелые, поэтому способы его хранения, обращения или распределения на самолетах все еще разрабатываются.

Airbus проводит много исследований по сжиганию водорода с использованием модифицированных газотурбинных двигателей на платформе А380. стремимся к созданию зрелых технологий к 2025 году.Австралийская авиакомпания Rex планирует начать испытания 34-местного водородно-электрического самолета для коротких прыжков в ближайшие несколько лет.

Из-за разнообразия вариантов я рассматриваю водород как одну из ключевых технологий устойчивой авиации.

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

Проблема с авиационными выбросами заключается не в их нынешнем уровне, а в страхе, что их выбросы будут быстро увеличиваться по мере увеличения спроса.К 2050 году мы можем увидеть в три-пять раз больше выбросов углекислого газа от авиации, чем до пандемии.

А Международная организация гражданской авиации, агентство ООН, обычно определяет цели отрасли, рассматривая, что осуществимо и как авиация может раздвинуть границы.

Его долгосрочная цель – сократить чистые выбросы углекислого газа на 50% к 2050 году по сравнению с уровнем 2005 года.Чтобы добиться этого, потребуется сочетание различных технологий и оптимизации.Я не знаю, сможем ли мы достичь этого к 2050 году, но я считаю, что мы должны сделать все возможное, чтобы сделать будущую авиацию экологически устойчивой.