Авиация оставляет за собой примерно 3% мировых выбросов парниковых газов — это почти гигатонна в 2019 году. К 2050 году пассажиропоток может более чем удвоиться. И пока что у нас нет четкого ответа на то, как с этим справиться.
Авиационная отрасль — один из тех знаменитых секторов, которые крайне сложно декарбонизировать. Техническая задача здесь особенно остра, поскольку топливо для самолетов должно быть максимально легким и компактным, чтобы обеспечить полет и оставить место для пассажиров или груза.
У индустрии имеются некие технологические идеи, некоторые из которых уже дошли до стадии тестовых полетов. Например, на прошлой неделе стартап совершил испытательный полет на самом большом самолете, который приводится в движение водородом. Давайте рассмотрим технологии, способные преобразовать авиацию, оценим сроки их внедрения и место этого недавнего испытания в общем процессе.
На столе лежат несколько потенциальных технологий, которые могут помочь снизить выбросы от самолетов.
Устойчивое авиационное топливо (САТ, или SAF) — это заменители керосина, производимые из неископаемых источников, которые можно заливать в существующие двигатели. Разновидностей САТ довольно много: от топлива, сделанного из отработанных масел и жиров, до производных биомассы и полностью синтетического «зеленого» топлива (e-fuels).
У каждой категории есть свои плюсы и минусы. Топливо из отработанных масел — относительно отработанная технология, и его уже смешивают с коммерческим топливом в малых дозах. Проблема в том, что таких запасов вряд ли хватит для всего авиационного сектора. Синтетическое топливо, напротив, пока не доказало свою состоятельность и может оказаться непомерно дорогим.
САТ, в том или ином виде, вероятно, станет ключевым элементом стратегии декарбонизации авиации. На них приходится около 65% запланированного снижения выбросов согласно плану Международной ассоциации воздушного транспорта (IATA) к 2050 году. Однако большинство образцов САТ не сводят выбросы к абсолютному нулю и могут продолжать загрязнять атмосферу при сгорании.
Аккумуляторы могут питать самолеты, но пока только на коротких дистанциях. Некоторые компании уже пробуют проводить тестовые полеты на электрических самолетах, в основном это небольшие аппараты с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), вмещающие всего несколько человек. В отличие от самолетов с двигателями внутреннего сгорания, электрические не будут производить выбросов, если зарядка производится от возобновляемых источников.
Преимущество аккумуляторов в том, что это широко используемая сегодня в электротранспорте технология, которая значительно улучшилась за десятилетия разработок. Однако батареи должны будут пройти еще кардинальный путь развития, чтобы электрические самолеты смогли перевозить значительное количество людей на существенные расстояния.
Водород может стать универсальным топливом для авиации будущего. Самолеты могут использовать его двумя способами. Он может сжигаться в двигателях, подобно керосину, или использоваться в топливных элементах для выработки электричества. Нам всегда нужны варианты.
Экологический эффект и практическая применимость водорода зависят от способа его использования. При сжигании останутся некоторые выбросы из выхлопной трубы, но это будет в основном вода. Водородно-электрические самолеты, как и чисто аккумуляторные, могут стать полностью свободными от климатических загрязнений, в зависимости от того, как этот водород будет произведен.
В любом случае, у водорода есть одно ключевое преимущество: он содержит много энергии, при этом не являясь слишком тяжелым (в отличие от батарей). Когда транспортному средству нужно тащить свой источник энергии на высоту 10 километров, этот источник должен быть чрезвычайно легким — и водород, как самый легкий элемент таблицы Менделеева, идеально подходит для этой роли.
Проблема в том, что, хотя водород легок, он занимает много места. Чтобы уместить его в достаточно компактный объем для бортового использования, водород, вероятно, придется охлаждать до криогенных температур (ниже –250 °C). Разработка таких систем и их интеграция в самолеты будет сложной задачей. Столь же сложными будут задачи по поиску и доставке больших объемов водорода, произведенного на возобновляемой энергии. И не стоит забывать о таком факте: несмотря на то, что попытки построить летающие водородные самолеты предпринимались годами, технология все еще требует доработки. Переделать целую индустрию сложно, поэтому САТ как «включаемое» решение, скорее всего, будет внедрено в ближайшее время, а водороду потребуются десятилетия, чтобы прорваться.
Тем не менее, за последние пару лет в области водорода для авиации наметился серьезный прогресс. Крупные игроки, такие как Airbus, включились в эту гонку и анонсировали планы по тестовым полетам.
И на прошлой неделе стартап ZeroAvia снова оказался в центре внимания, объявив об успешном испытании 19-местного Dornier 228, который частично работает на водородных топливных элементах. До этого компания уже испытывала меньший, девятиместный самолет.
У этого анонса есть несколько оговорок. Главная — самолет в основном питался от комбинации батарей и ископаемого топлива. Кроме того, тестовый полет длился всего около 10 минут. Однако компания заявляет, что это первый шаг к использованию их системы на более крупных лайнерах и выходу на коммерческие рейсы — цели, которую они планируют достичь к концу десятилетия.
Если вам интересны детали испытания и то, что необходимо для того, чтобы водородные самолеты стали реальностью, ознакомьтесь с моим полным материалом. А для тех, кто хочет углубиться в технологии авиации, вот несколько недавних статей из архивов MIT Technology Review за последний год:
- Этот стартап за $1,5 млрд обещал чистейшее топливо по цене бензина. Эксперты настроены крайне скептически.
- Как инженерия микробов может сократить выбросы в авиации
- Что мешает взлету электрических самолетов
- Авиационная отрасль достигнет своих целей по выбросам, но ей нужно новое топливо
Еще кое-что
Кажется, что о климате постоянно поступают плохие новости. Погодные катаклизмы, новые рекорды выбросов парниковых газов — поводов для беспокойства предостаточно.
Однако я бы поспорил, что мы должны ценить и те шаги вперед, которые уже сделаны. Во многих регионах мира выбросы сокращаются, возобновляемая энергетика набирает силу, а другие технологии, такие как электромобили, наконец-то выходят на нужный темп.
Для тех, кто ищет немного позитива, я подобрал данные, показывающие прогресс в борьбе с изменением климата. Мне особенно понравилась эта диаграмма, демонстрирующая, как некоторые страны начинают демонстрировать экономический рост, который становится менее зависимым от ископаемого топлива.
Ситуация далека от идеальной: мы все еще движемся слишком медленно, чтобы удержать потепление в рамках международных целевых показателей. Но, думаю, важно помнить о том прогрессе, который мы, когда это возможно, совершаем.
Хотите узнать больше о позитивных новостях? Или посмотреть, как много нам еще предстоит сделать? Читайте полный материал.
Следим за климатом
Мексика ввела запрет на эксперименты с геоинженерией после того, как один стартап начал экспериментировать с этой технологией. (MIT Technology Review)
→ Мой коллега Джеймс Темпл первым сообщил о работе этого стартапа в декабре. (MIT Technology Review)
Альтернатива литий-ионным батареям — накопление тепловой энергии — может поддержать промышленность и энергосистему. Возможно, технология наконец готова к взлету. (Canary Media)
Аккумуляторы электромобилей, вопреки опасениям, могут помогать энергосистеме, а не вредить ей. Если достаточное число владельцев EV согласятся, распределенная сеть батарей можно использовать для сглаживания спроса и предложения. (Wired)
Отрицание изменения климата возвращается в социальные сети. И это усугубляется вводящей в заблуждение рекламой. (The Verge)
Убедить людей принять растительное мясо — задача с глубокими корнями в человеческой психологии. (Washington Post)
→ Мнение Bloomberg? Фальшивое мясо — «еще один мимолетный тренд». (Bloomberg)
Возобновляемые источники энергии скоро будут составлять 25% электроэнергии США. (Inside Climate News)
Все еще не разобрались с газовыми плитами? Мне понравился разбор от ProPublica, где репортер обнаруживает утечку из своей плиты и размышляет о рисках, исходящих от этих приборов. (ProPublica)
