Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Техника

Что такое зеленая авиация и возможна ли она вообще?

Текст: Сэм Хоув Верховек | Фото: Давиде Монтелеоне
20 декабря 2021
MM9576_210420_01352.jpg
Flying-V, разработка Делфтского технического университета, на испытаниях в аэродинамической трубе. Крыло плавно соединяется с фюзеляжем: такая конструкция может оказаться на 20% эффективнее по сравнению с обычными самолетами.
MM9576_210429_03040.jpg
Инженеры Lilium в Мюнхене возле модели самолета вертикального взлета с 36 электрическими реактивными двигателями. Самолет рассчитан на перевозку пилота и шести пассажиров на расстояние до 250 километров. Это первые отрасли авиации, которые, как ожидается, станут экологичными.
Небольшие самолеты на аккумуляторах вот-вот появятся на рынке, но создание авиалайнеров с нулевым уровнем вредных выбросов — задача очень непростая.

Я много обсуждал с авиационными экспертами этот вопрос: могут ли коммерческие полеты когда-нибудь стать экологичными? Все ответы сводятся к одному: любые инструменты зеленой революции, которые мы можем задействовать на земле, пока нереально применить в небе. Солнечные панели, ветряные турбины, электродвигатели, аккумуляторные батареи с долгим сроком действия, а еще водородные топливные элементы — все это, прямо скажем, совершенно бесполезные технологии, когда нужно запустить несколько сотен человек к стратосфере и перенести их на тысячи километров. Кроме того, зеленой революции в небе мешает вот эта цифра: более 80 процентов обитателей земного шара еще ни разу в жизни не летали на самолете.

С этими двумя проблемами сталкиваются авиакомпании и производители самолетов, когда ставят перед собой задачу уменьшить углеродный след от воздушного судна. Авиация может стать экологичной, но не так скоро и не в таком полном объеме, как наземный транспорт. Тем не менее защитники окружающей среды предупреждают, что авиаперевозки вносят недопустимо большой вклад в изменение климата. Тот факт, что экологичные виды воздушного транспорта развиваются очень медленно, вполне может заставить путешественников задуматься о том, насколько это вообще этично — летать.

«Нам неизбежно придется иметь с этим дело», — говорит Дженнифер Холмгрен, исполнительный директор LanzaTech. Эта компания одной из первых стала разрабатывать технологии, позволяющие создавать из нестандартных материалов (например, из мусора) авиационное топливо для реактивных двигателей, способное заменить обычное керосиновое. «Все согласны: самолеты просто не могут больше летать на углеводородном топливе, — добавляет Дженнифер. — Но эту проблему не так просто решить».

MM9576_210512_04629.jpg
Турбореактивный двигатель проходит испытания на заводе Rolls-Royce в Дерби, Англия. Компания разрабатывает двигатель UltraFan, который будет работать на экологичном топливе.

Тут надо уточнить: есть одна область авиации, где уже внедряют многообещающие разработки аккумуляторных электродвигателей с нулевыми выбросами. Но речь идет лишь о полетах ограниченной продолжительности и ограниченной дальности. Еще не изобрели такую батарею, которой могло бы хватить, например Boeing-747, летящему из Нью-Йорка в Лондон. Мне очень нравится экспертный расчет Дэвида Александера, директора по аэрокосмическим стандартам ассоциации транспортных инженеров SAE International. По его оценкам, для того, чтобы гигантский реактивный лайнер просто оторвался от земли, потребуется 4,4 миллиона аккумуляторов для ноутбука. Но даже если найти столько аккумуляторов, взлететь все равно не удастся: батареи будут весить в семь раз больше, чем самолет. В пересчете на вес жидкое топливо содержит гораздо больше энергии, чем самая совершенная из доступных сегодня батарей.

Джейсон Трит и Ив Конант, NGM STAFF; Келси Новаковски. Графика: Брюс Морсер.

Тем не менее средний коммерческий рейс будет становиться экологичнее с каждым годом: этот процесс идет с самого начала эры реактивных самолетов. «Эволюция, а не революция» — фраза, которую я слышу постоянно. Современные лайнеры вдвое экономичнее расходуют топливо и производят в несколько раз меньше выбросов, чем их почтенные предки. Но не все так безоблачно. Реальность такова, что увеличение количества воздушных перевозок сводит на нет наши экологические достижения, так что выбросы углерода во время полетов все в большей (а не в меньшей) степени усугубляют проблему изменения климата.

Вот здесь-то и вспоминаются 80 с лишним процентов землян, никогда не летавших на самолете, — оценка компании Boeing. Для отрасли это огромный неиспользованный рынок, дающий надежду на то, что, по мере того как пандемия будет стихать, возобновится, как это было раньше, рост количества авиаперевозок — примерно на пять процентов в год. Для очень многих людей, которые никогда не летали, появление рейсов по доступной цене открывает удивительные возможности для путешествий. Как человек, который любит самолеты и никогда не устает смотреть на землю в иллюминатор, я никому не могу отказать в праве испытать радость полета.

В то же время, от этого факта никуда не деться: каждый полет нагревает планету. Некоторые эксперты считают, что авиаперелеты составляют пять процентов от общего вклада человека в глобальное потепление.

Такого рода факты и размышления привели к тому, что в мире родилось целое движение. Его представители призывают людей не летать, ну или по крайней мере стремиться летать намного меньше.

Flygskam — шведский термин, который можно перевести как «стыд полета».

С точки зрения активистки-подростка Греты Тунберг и других, исповедующих эту концепцию, аргументы против полетов просты и убедительны. А, главное, они находят поддержку. Например, Франция уже готовится ввести запрет на все внутренние авиаперелеты по маршрутам, которые можно проехать на поезде менее чем за два с половиной часа. В Великобритании Комитет по изменению климата предложил «запретить начисление миль и закрыть программы лояльности для часто летающих пассажиров».

Но поезда не решат проблему: три четверти авиатоплива используется для рейсов на расстояние более 1600 км. Когда речь идет о таких расстояниях, мы предпочтем полет, а не путешествие на поезде или пассажирском судне. Собравшись выступить на заседании Генеральной Ассамблеи ООН, Тунберг, чтобы подать личный пример, пересекла Атлантику на корабле, на это ей потребовалось 15 дней. В отличие от нее большинство людей, которым нужно пересечь океан, сделают это на самолете — ну или останутся дома.

В этом смысле испытывая flygskam, мы рискуем просто перестать путешествовать. Руководство авиакомпаний утверждает, что решение проблемы не в том, чтобы стыдить авиапассажиров, а в том, чтобы сделать перелеты экологичнее.

«Авиация — неотъемлемая часть мировой экономики, поэтому наша задача — сократить выбросы, а не мешать путешествовать тем, кто хочет это делать», — Шон Ньюсум, директор по стратегии устойчивого развития компании Boeing.

Самый быстрый путь к экологически чистому будущему, возможно, вот этот: гравийная дорожка, проложенная через леса Центральной Джорджии. Она ведет к нагромождению больших и малых труб, насосов, цистерн и стальных балок: все это называется биоперерабатывающим заводом Freedom Pines. Там я познакомился с Куртом Студебейкером, долговязым молодым инженером-химиком, который занимается переработкой отходов — любых отходов — в авиационное топливо.

«Это просто удивительно! — говорит мне Курт. — Если все сделать правильно, получается топливо лучше, чем Jet A, стандартное керосиновое, которое используют авиаперевозчики США».

Компания LanzaTech, где работает Студебейкер, изобрела способ, который может поразить воображение любого: добыв углеродосодержащие выбросы китайского сталелитейного завода, ученые смешивают их с культурой прожорливых микробов, обнаруженных в кишечнике кроликов, добавляют воду и питательные вещества, дают смеси забродить, как в чане с пивом, — получается этанол, который потом очищают на заводе в Джорджии.

MM9576_210518_05579.jpg
Инновационные компоненты двигателя Rolls-Royce UltraFan помогут сделать его легче и эффективнее. Каждое лезвие (на фото) будет изготовлено из композитного углеродного волокна.
MM9576_210513_05082.jpg
Этот диск ротора и лопатки компрессора скоро станут единым целым. Компания Rolls-Royce должна завершить сборку демонстрационного двигателя к концу этого года.

Результат — появление «экологически безопасного авиационного топлива», или SAF (sustainable aviation fuel). Пока SAF, как его называют почти все в отрасли, по-прежнему смешивают со стандартным топливом. Но и это считается первым гигантским шагом к уменьшению углеродного следа авиации. Причина проста: авиакомпании рассчитывают, что современные самолеты прослужат 20 или, возможно, 30 лет. Эти сроки внесены в их бизнес-планы. Таким образом, хотя инженеры и думают о будущих поколениях лайнеров, тысячи самолетов, из тех, что уже находятся в небе, планируется использовать еще очень долго — и все они, конечно, продолжат летать на жидком топливе.

Эти лайнеры будут, конечно, становиться более энергоэффективными, в чем может помочь замена двигателей новыми моделями или установка деталей, уменьшающих расход топлива, таких как различные типы аэродинамических законцовок крыла — винглеты, саблевидные винглеты и шарклеты. Но каков самый эффективный способ сделать полет чище? Замена топлива.

При использовании SAF сбережение углерода происходит в течение всего цикла. Независимо от того, получено ли это топливо из побочных продуктов сельского хозяйства, таких как стебли сахарного тростника, или из промышленных отходов, или даже из мусора с городских свалок, SAF поглощает углерод на ранних этапах цикла и в конце концов производит при сжигании гораздо меньше выбросов, чем ископаемое топливо.

А поскольку SAF требует лишь относительно небольших модификаций двигателя, для него не понадобится перестраивать инфраструктуру аэропорта, что неизбежно при переходе к альтернативам жидкому топливу.

В чем же тогда проблема? Во-первых, SAF очень дорог. Хотя его используют все чаще, это просто капля в море, намного меньше 0,1 процента от 360 миллиардов литров топлива, которые авиация потребила в 2019 году. Альтернативное топливо в два–шесть раза дороже керосина.

Во-вторых, отрасль не может, к сожалению, рассчитывать на самые простые и дешевые источники сырья — зерновые культуры. Если производители топлива начнут использовать землю и воду, которые больше нужны для производства продуктов питания, то с экологической точки зрения мы просто поменяем шило на мыло.

В общем, сегодня авиационная отрасль сосредоточилась на других более многообещающих источниках сырья.

Среди источников сырья для топлива: отходы, которые LanzaTech превращает в энергию, и галофиты, солеустойчивые растения, которые можно поливать морской водой, не тратя пресную.

MM9576_210503_03637.jpg
Ученые Мюнхенского технического университета сотрудничают с компанией Airbus, изучая, как использовать водоросли для создания биотоплива и углеродного волокна для строительства легких самолетов.

На участке пустыни вдоль Персидского залива в Объединенных Арабских Эмиратах растет масличное растение солерос Бигелова (Salicornia bigelovii). Его удобряют отходами, которые берут у рыб и креветок на аквакультурной ферме. Когда наступает время сбора урожая, из семян выжимают масло, затем  очищают его и смешивают с керосином, получая альтернативное топливо для двигателей.

Сторонники проекта утверждают, что, если увеличить производство SAF до масштабов, необходимых для обслуживания большей части потребностей авиации, цены на него резко упадут, и такое топливо вполне сможет конкурировать с керосином. Есть, впрочем, и другие хорошие решения, которые в будущем могут сделать авиаперевозки экологичнее.

В одной из штаб-квартир компании Airbus,  расположенной на юге Франции, можно увидеть летательный аппарат, сделанный из композитных материалов, не похожий ни на один, когда-либо поднимавшийся в небо, — если не считать научно-фантастических фильмов.

National Geographic Россия №215, декабрь 2021-январь 2022

National Geographic Россия №215, декабрь 2021-январь 2022

Подробнее об этом номере

Статья полностью доступна подписчикам онлайн-версии журнала. Оформляя подписку, вы получаете доступ к эксклюзивному контенту из журнала на сайте, а также PDF-версию выпуска.

Оформить подписку
рекомендации
Мать и дитя

Чем бы дитя ни тешилось: путешествие по немецкой Дороге игрушек

Древний храм

Маршрут построен: музейные истории за границами столиц

Снег, снежинка, холод

10 мест России для лучшего зимнего отдыха

Новогодняя елка, рождественская елка, Рождество, Новый год, ель

Разделяй и празднуй: насколько экологичны ваши праздничные привычки?