Стартапы активно ищут способы очистить авиаперевозки, на которые приходится около 3% мировых выбросов парниковых газов, за счет электрификации. Однако, как показывает недавний анализ, современные электрические самолеты могут безопасно перевезти вас и дюжину попутчиков всего на 30 миль (около 48 км).
Ключевым ограничивающим фактором здесь выступает аккумулятор, а точнее – объём энергии, который можно запасти в ограниченном пространстве. Если вы когда-либо поджимали колени в тесном кресле у иллюминатора или платили лишнее за перевес багажа, вы прекрасно знакомы с жесткими ограничениями по весу и пространству на борту самолета.
Современные батареи просто не обладают достаточной удельной энергоемкостью, чтобы питать что-либо, кроме самых легких воздушных судов. И даже в этом случае дальность полета будет сравнима с длительной велосипедной прогулкой.
На протяжении последних 30 лет мы наблюдаем постоянные улучшения в плотности упаковки энергии в аккумуляторах, и дальнейший прогресс, несомненно, поможет сделать электрические самолеты более жизнеспособным вариантом. Но пока мы еще не достигли нужного уровня, и в конечном итоге будущее электрической авиации напрямую зависит от успехов в технологии накопления энергии.
Наращивание мощности
Перспектива электрического полета во многих отношениях привлекательна. Авиация вносит растущий вклад в глобальные выбросы парниковых газов, вызывающие изменение климата, и самолеты на батареях могут ускорить декарбонизацию этого быстрорастущего сектора.
Потенциал сокращения выбросов значителен. По словам Джеянта Мукхопадхьяи (Jayant Mukhopadhaya), аналитика по транспорту из Международного совета по чистым перевозкам (ICCT), электрический самолет, заряженный от возобновляемых источников энергии, может производить на 90% меньше выбросов по сравнению с нынешними лайнерами, работающими на авиационном топливе. (Остаточные выбросы в основном связаны с производством самой батареи, которую, вероятно, придется заменять каждый год для большинства самолетов).
Батареи также обеспечивают высокий КПД использования электроэнергии. В электрическом самолете около 70% энергии, затраченной на зарядку, пойдет непосредственно на движение судна. Хотя потери происходят в батарее и двигателе, этот показатель очень высок по сравнению с другими рассматриваемыми путями декарбонизации. Например, при использовании водорода или синтетического топлива КПД может упасть до 20–30%.
Учитывая этот потенциал, ряд стартапов надеются запустить небольшие электрические самолеты для относительно коротких маршрутов до конца десятилетия.
Heart Aerospace, шведский стартап, является одной из компаний, стремящихся коммерциализировать электрические самолеты за счет потенциала аккумуляторов. По словам генерального директора Андерса Форслунда, их 19-местные машины начнут летные испытания в 2024 году и могут выйти на коммерческие рейсы к 2026 году.
«Наша цель — создать самый доступный, быстрый и экологически чистый способ передвижения по миру», — заявляет Форслунд.
Компания планирует начать с нишевых рынков, таких как перелеты через фьорды Скандинавии. Эти маршруты сложно заменить наземным транспортом, и в некоторых странах, например, в Норвегии, они могут субсидироваться государством.
Однако Форслунд отмечает, что это лишь начало, и общая цель — расширить региональные полеты по всему миру. Компания утверждает, что даже с учетом текущих технологий аккумуляторов их самолеты смогут пролететь около 400 километров (250 миль). Это примерно расстояние между Нью-Йорком и Бостоном или Парижем и Лондоном.
Требования к батареям для полетов даже на такие небольшие расстояния весьма существенны. 19-местные самолеты Heart понесут около 3,5 тонн аккумуляторов, что эквивалентно мощности восьми-десяти электромобилей.
Wright Electric, американский стартап, нацелен на еще большие самолеты. Компания планирует переоборудовать 100-местные авиалайнеры для коротких маршрутов и также рассчитывает начать полеты к 2026 году.
Турбулентность
Некоторые представители отрасли скептически относятся к успеху таких самолетов без серьезных прорывов в аккумуляторных технологиях. «Технологии батарей просто еще не готовы», — считает Мукхопадхьяя.
В недавнем отчете ICCT Мукхопадхьяя и его коллеги пришли к выводу, что дальность полета электрических самолетов будет сильно ограничена при использовании существующих систем хранения энергии. «Мы были откровенно удивлены тем, насколько плохой оказалась дальность», — признается он.
Используя оценки текущей плотности аккумуляторов и ограничений по весу самолета, аналитики подсчитали, что 19-местный самолет на батареях будет иметь максимальную крейсерскую дальность около 260 км (160 миль), что значительно меньше заявленных компанией 250 миль.
Форслунд возражает, что оценки сторонних наблюдателей не отражают реальной картины технологий компании, поскольку они не имеют доступа к деталям конструкции батарейного блока и самого летательного аппарата. (Heart планирует разрабатывать собственные самолеты, а не переделывать существующие модели под электричество).
Резервные требования могут серьезно ограничить фактическую дальность полетов электросамолетов. Самолету необходим дополнительный запас энергии для ожидания посадки в зоне аэропорта в течение 30 минут, а также возможность долететь до запасного аэродрома на расстоянии 100 км (60 миль) в случае ЧП.
Если учесть все эти моменты, полезная дальность полета 19-местного самолета падает с 160 миль (около 257 км) всего до 30 миль (48 км). Для более крупного 100-местного лайнера, который строит Wright, этот показатель составит менее шести миль.
«Эти требования к резерву — в конечном итоге, убийцы», — заявляет профессор Андреас Шефер (Andreas Schafer), директор лаборатории систем воздушного транспорта в Университетском колледже Лондона.
Будущее полетов
В конечном счете, по мнению Шефера, развитие электрических самолетов зависит от прогресса в усовершенствовании аккумуляторов.
Согласно анализу ICCT, плотность энергии аккумуляторов должна фактически удвоиться, чтобы обеспечить короткие маршруты, на которые нацелены упомянутые стартапы. Такое улучшение, вероятно, приближается к пределу литий-ионных батарей, которые сегодня используются в электромобилях и потребительской электронике. Даже при таком прогрессе электрические самолеты смогут заменить лишь малую долю авиапарка, сократив менее чем на 1% выбросы авиационной отрасли к 2050 году.
Чтобы электрические самолеты сыграли более значимую роль в декарбонизации авиаперевозок, плотность энергии, по словам Шефера, может потребоваться увеличить в четыре раза. Это, вероятно, потребует коммерциализации совершенно новых типов аккумуляторов.
Тем временем другие технологии, такие как альтернативные виды топлива и «зеленый» водород, обладают значительно более высокой плотностью энергии, что делает их более вероятными кандидатами для дальних рейсов — при условии, что их удастся экономически производить в промышленных масштабах.
Электрические самолеты могут появиться в небе уже скоро, возможно, даже до конца этого десятилетия. Но они, скорее всего, смогут перевозить небольшое количество людей на очень короткие расстояния. А пока, если на вашем пути нет фьорда, возможно, лучше воспользоваться велосипедом или поездом.
