Co Boeing, Airbus i inni producenci samolotów robią, aby oczyścić podróże lotnicze

W Szwecji nazywają to flygskam, czyli poczuciem winy, że pomagasz niszczyć planetę i wyjeżdżasz na weekend do Hiszpanii.

Ponieważ Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego ONZ przewiduje, że emisje z lotnictwa mogą się potroić do 2050 r. w porównaniu z poziomem z 2015 r., niektóre kraje podejmują działania, zakazując lotów krótkodystansowych, gdzie kolej jest realną alternatywą.

Teraz zegar tyka, aby branża lotnicza przeszła dekarbonizację lub napotkała dalsze ograniczenia wzrostu. Oznacza to rozwój samolotów elektrycznych lub zasilanych czystym paliwem.

Jakie jest wyzwanie?

Zakończenie emisji dwutlenku węgla z lotnictwa jest obarczone technicznymi i ekonomicznymi przeszkodami, wśród których są niezmienne prawa fizyki.

Zestrzelenie 80-tonowego jumbo jeta Airbus A320 wymaga ogromnych ilości energii: typowy odrzutowiec zawiera około 20 000 litrów nafty, czyli prawie 10 razy więcej paliwa niż przeciętny samochód zużywany w ciągu roku.

Loty długodystansowe są jeszcze bardziej zanieczyszczające: lot z Frankfurtu do Nowego Jorku na pokładzie Boeinga 747 jumbo jet emituje tyle samo CO2, co ogrzewanie 440 niemieckich domów przez rok (około 2000 kg na pasażera).

Podczas gdy start-upy pracują nad bateriami, aby unieść mniejsze samoloty w powietrze, wciąż nie ma realnej alternatywy dla napędu spalinowego dla samolotów dalekiego zasięgu.

Jak branża próbuje dekarbonizować?

Airbus, największy na świecie producent samolotów, stawia na to, że samoloty napędzane wodorem mogą być bezemisyjnym rozwiązaniem lotniczym. Mówi się, że będzie miał model komercyjny do połowy następnej dekady.

Firma przekształca swój pierwszy odrzutowiec superjumbo A380 w eksperymentalny samolot, który ma przeprowadzać testy w locie silnika spalinowego zamontowanego na kadłubie od 2026 roku.

Amerykański konkurent Boeing testuje wodorowe ogniwa paliwowe na swoim wojskowym dronie ScanEagle3. Jednak firma twierdzi, że samoloty napędzane wodorem będą realistyczne dopiero w drugiej połowie wieku.

Na lotniskach nie ma również infrastruktury naziemnej umożliwiającej powszechne stosowanie paliw. Wodór również wymaga schłodzenia i jest łatwopalny.

Długie terminy certyfikacji nowych samolotów i rozwiązań, które dopiero mają zostać wprowadzone z wykorzystaniem wodoru, w tym sposobu jego przechowywania i generowania wystarczającej mocy do startu i lądowania, oznaczają, że linie lotnicze i przewoźnicy potrzebują tymczasowego rozwiązania, które pozwoli im zaspokoić ich potrzeby. Publiczne zobowiązania do zerowej emisji dwutlenku węgla netto do 2050 r.

Czy istnieją tymczasowe alternatywy paliwowe?

Zrównoważone paliwo lotnicze (SAF), ogólny termin określający alternatywy dla nafty pochodzącej z paliw kopalnych, stało się pomostem do bezemisyjnych samolotów.

Jeden rodzaj pochodzi z biologicznych składników, takich jak zużyte oleje kuchenne, tłuszcze zwierzęce, odpady komunalne lub pozostałości leśne. Drugi to paliwo syntetyczne wytwarzane za pomocą energii elektrycznej do rozszczepienia wody na tlen i wodór, a następnie stapiania wodoru z węglem wydobywanym z atmosfery.

Podobnie jak nafta, SAF uwalnia do atmosfery dwutlenek węgla i inne zanieczyszczenia. Redukcja emisji wynika z faktu, że spalane materiały nie pochodzą z wydobycia paliw kopalnych sekwestrowanych przez tysiące lat.

Jakie są plany absolwentów SAF?

Dążąc do zera netto, Unia Europejska chce, aby paliwo do silników odrzutowych zawierało 2% SAF począwszy od 2025 r., a do 2063 r. wzrośnie do 63%. W tej chwili roczna światowa produkcja ledwie wystarcza na wyżywienie światowej floty przez kilka dni.

Dostawcy tacy jak Neste Oyj w Finlandii obiecują zwiększyć produkcję SAF w miarę wzrostu popytu. Obecnie wykorzystuje odpadowe oleje kuchenne i odpadowe tłuszcze zwierzęce do produkcji SAF, ale bada inne źródła, w tym stałe odpady komunalne.

Ponieważ spalanie sztucznego SAF emituje tyle samo dwutlenku węgla, ile zostało użyte do jego produkcji, jest uważane za zerowe netto – co oznacza, że ​​jego użycie nie generuje nowych emisji dwutlenku węgla.

Lufthansa szacuje, że SAF jest trzy do czterech razy droższe niż zwykłe paliwo do silników odrzutowych, a dyrektorzy branży twierdzą, że będą potrzebować dotacji, aby pomóc paliwu alternatywnemu osiągnąć jego początkową intensywność.

A samoloty elektryczne?

Istnieją, ale są małe. Heart Aerospace, szwedzki start-up, opracowuje samolot elektryczny o nazwie ES-30, który może pomieścić 30 pasażerów i ma całkowicie elektryczny, bezemisyjny zasięg 200 km (124 mil).

Firma twierdzi, że ES-30 wejdzie do służby w 2028 roku. Tymczasem firma Ampaire z Los Angeles przekształciła swoją 11-osobową Cessnę Grand Caravan w model hybrydowy z konwencjonalnym silnikiem spalinowym i silnikiem elektrycznym.

Ampaire twierdzi, że samolot wejdzie do służby w 2021 roku i może zmniejszyć zużycie paliwa i emisję gazów cieplarnianych o 50%. Ogólnie rzecz biorąc, firma konsultingowa Roland Berger twierdzi, że na całym świecie opracowywanych jest około 100 różnych programów lotnictwa elektrycznego.

Czy samoloty elektryczne lub hybrydowe mają wady?

Dużym problemem jest rozmiar i waga akumulatorów potrzebnych do jego zasilania. Obecne akumulatory litowo-jonowe przechowują tylko ułamek energii z równej objętości płynnego paliwa do silników odrzutowych. To sprawia, że ​​​​jest bardzo nieskuteczny w przypadku samolotów długodystansowych lub dużych.

Ponadto, w przeciwieństwie do paliw płynnych, ich waga nie zmniejsza się wraz z postępem lotu. Technologia hybrydowa łagodzi to zarówno w przypadku silników konwencjonalnych, jak i elektrycznych. Albo dzielą się obciążeniem, albo konwencjonalny silnik ładuje akumulatory; W obu przypadkach emisje są niższe, a akumulatory mogą być znacznie mniejsze.

W niektórych konstrukcjach hybrydowych silniki elektryczne są używane do napędzania krótkich, ale mocno zanieczyszczonych startów i lądowań, podczas gdy ciąg na wysokościach przelotowych zapewniają konwencjonalne silniki turboodrzutowe zaprojektowane tak, aby były bardziej oszczędne w locie.

Czy samochody hybrydowe naprawdę redukują emisje?

To zależy. Podobnie jak w przypadku samochodów, ślad węglowy hybrydowego samolotu elektrycznego zależy od tego, ile energii elektrycznej zużywa i skąd pochodzi.

Samolot, który ładuje akumulator w powietrzu, spalając paliwo do silników odrzutowych, nie zmniejszy znacząco emisji. Ale projekty całkowicie elektryczne i „równoległe” hybrydy ładowane przed startem za pomocą energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych mogą mieć duże znaczenie, podobnie jak samoloty napędzane wodorem.

Jednak biorąc pod uwagę długie harmonogramy certyfikacji i długie cykle życia samolotów, całkowita potencjalna redukcja zanieczyszczeń będzie ograniczona w ciągu najbliższych kilku dekad.

Jak długo samoloty elektryczne mogą latać w powietrzu?

Małe elektryczne latające taksówki przygotowują się do startu jako pierwsze. EHang Air Mobility Group of China opracowuje elektryczne samoloty pionowego startu i lądowania (eVTOL) za 300 000 USD, przy dużym popycie ze strony służb ratunkowych, usług taksówek powietrznych i organizatorów wycieczek.

Niemiecka firma Volocopter GmbH, która jest wspierana przez Daimlera, w 2019 roku otworzyła „Voloport” w Singapurze do publicznych lotów testowych i spodziewa się rozpocząć komercyjne usługi już w 2024 roku. Inne start-upy, które chcą skorzystać z tej okazji, to Zunum Aero z siedzibą w USA oraz MagniX Technologies i przestrzeń pionowa w Wielkiej Brytanii.

Izraelska firma Eviation Aircraft przeprowadziła pierwszy lot testowy swojego dziewięcioosobowego samolotu elektrycznego we wrześniu ubiegłego roku. Według Stephena Cowella, dyrektora technicznego firmy Safran, producenta silników odrzutowych, małe hybrydowe samoloty elektryczne przewożące od 10 do 20 pasażerów mogą pojawić się w połowie następnej dekady, a większe samoloty regionalne przewożące do 40 pasażerów do 2030 r.