Воднева авіація: підготовка до зльоту

На початку цього тижня громадськості була представлена ​​доповідь «Hydrogen-powered aviation: Preparing for take-off» (Воднева авіація: підготовка до зльоту). Доповідь була підготовлена ​​аналітиками McKinsey на замовлення двох європейських компаній Clean Sky 2 JU та Fuel Cells & Hydrogen 2 JU. У підготовці доповіді також брали участь численні авіаційні, хімічні та нафтогазові компанії.

Декарбонізація є серйозним викликом для авіації. Галузь викидає понад 900 мільйонів тонн вуглекислого газу на рік. За умови збільшення перевезень на 3-4% в рік та підвищення ефективності на 2% в рік, до 2050 року викиди збільшаться більш ніж удвічі. Але крім CO₂ літаки впливають на клімат через викиди оксидів азоту (NO_x), сажі та водяної пари. І «повний» вклад авіації в глобальне потепління значно вище, ніж тільки викиди CO₂.

І водень, як джерело енергії, може відігравати ключову роль для перетворення авіації в систему з нульовим рівнем викидів. У доповіді оцінюється потенціал водню для зниження впливу авіації на клімат. Загальний висновок доповіді такий: воднева тяга потенційно може стати основною частиною авіаційних технологій майбутнього і значною мірою забезпечити декарбонізацію галузі.

У доповіді розглядаються три основні типи літаків, які дозволять значно знизити викиди:

1. Літаки на синтетичних видах палива. Їх перевага - відсутність істотних змін у технологіях та інфраструктурі, а недолік - дороге паливо.
2. Літаки на водні з водневою турбіною.
3. Літаки на водні з водневим паливним елементом та електричним двигуном.

Також досліджуються гібридні варіанти, наприклад, комбінація турбіни та паливних елементів. Розрахунки показують, що воднева турбіна дозволяє знизити кліматичний вплив на 50-75%, паливні елементи - на 75-90%. Саме скромні кліматичні переваги дає синтетичне паливо - 30-60%.

Для впровадження водневих технологій в авіації необхідно вирішити ряд технічних завдань. Мова йде про підвищення загальної ефективності за допомогою легших баків та систем паливних елементів, систем розподілу рідкого водню всередині літака, турбінах, здатних спалювати водень з низьким рівнем викидів NO_x та ін. Експерти галузі прогнозують, що відповідні рішення ймовірно будуть створені протягом найближчих 5-10 років.

Автори приходять до висновку, що водневі технології найкраще підходять для приміських (до 500 км), регіональних (до 1000 км), близьких та середньомагістральних перельотів. До слова, 50% авіаційних викидів та 90% рейсів припадає на польоти протяжністю до 3000 км.

Силові установки на паливних елементах є найбільш енергоефективним, екологічно чистим та економічним варіантом для найкоротших дистанцій - приміських та регіональних літаків. У порівнянні зі звичайними літаками, експлуатаційні витрати збільшуються лише на 5-10 євро або приблизно на 10% на одного пасажира. Такі повітряні судна можуть з'явитися на ринку через 8-15 років.

Для близькомагістральних літаків найкраще підходить гібридна силова установка (воднева турбіна та паливний елемент), що збільшує витрати на одного пасажира на 20-30%.

Наступний сегмент, літак середньої дальності, вимагає значно розширених фюзеляжів для зберігання рідкого водню і буде витрачати на 25% більше енергії, ніж звичайний літак. Витрати на пасажира збільшуються на 30-40%.

Далекомагістральні літаки на водні технічно можливі, однак вийдуть занадто дорогими. Більш ефективним варіантом є використання синтетичного палива. Принципово інша конструкція літака, наприклад комбінація фюзеляж-крило, ймовірно зможе змінити розклад на користь водню, проте такі літальні апарати можуть з'явитися як мінімум років через двадцять.

Техніко-економічне обґрунтування та економічний аналіз показують, що водень може стати важливою частиною майбутнього технологічного комплексу авіації. Якщо літаки, які працюють на Н₂, стануть використовуватися в сегментах, де вони є найбільш ефективним засобом декарбонізації, їх частка у парку повітряних суден до 2050 року може досягти 40%, а після 2050 року зрости ще більше.

При допущенні, що інші 60% літаків працюватимуть на синтетичному та біологічному паливі, завдання декарбонізації, тобто зниження саме вуглецевого сліду авіації, буде значною мірою вирішено. Однак кліматичний слід галузі набагато більше, ніж просто викиди CO₂.

Викиди парникових газів в еквіваленті CO₂ можуть бути знижені до 2050 року на 45-50%, тобто вплив авіації на клімат залишиться значним. Автори приходять до висновку, що нульовий вплив авіації на клімат не може бути досягнуто за допомогою водневої тяги, але при цьому, на сьогодні не існує будь-якої іншої технології, яка могла б гарантувати цей нульовий вплив.

Крім цього, автори пропонують «терміново вжити рішучі кроки, щоб почати шлях до декарбонізації за допомогою водню». І саме сьогодні авіабудуванню необхідно змінити траєкторію, оскільки комерціалізація та сертифікація літаків можуть зайняти понад 10 років, а заміна значної частини парку - ще 10 років. Для переходу на нові технології потрібна галузева дорожня карта щодо зниження впливу на клімат, зростання активності та фінансування в області досліджень і інновацій, а також довгострокові політичні установки.

З повним текстом доповіді можна ознайомитися на сайті FCH JU

На цьому поки все. Та не забувайте поділитися прочитаним зі своїми друзями!