Стартъпи залагат на електрификация на авиацията, големите производители – на водорода

За декарбонизацията и електрификацията на транспортния сектор вече се говори ежедневно, а и с всеки изминал ден, особено по пътищата, ставаме свидетели на все повече електрически превозни средства. Изчистването на транспортния сектор от вредните емисии е една от основните цели и мерки на зеления преход, тъй като около ¼ от глобалните вредни емисии се дължат именно на транспорта. По всичко личи, че електромобилите на батерии ще бъдат основните превозни средства в бъдеще както по отношение на личния, така и на служебния и споделения транспорт на хора. Вярно е, че при леките коли, освен за електрификация, има и опити за водородизация, но такива автомобили към момента все още са малко. По по-различен начин изглеждат нещата в тежкотоварния транспорт, където все още не се вижда ясна тенденция какви ще бъдат камионите на бъдещето – електрически с батерии или водородни с горивна клетка. Приблизително по този начин стоят нещата и при автобусите, където се прилагат и двете технологии. При железопътния транспорт електричеството отдавна е наложено и там нещата са ясни – просто ще трябва да се разшири контактната мрежа, където я няма, за да бъдат заменени и последните дизелови локомотиви с електрически. Въпросителни обаче остават по отношение на транспорта по вода и въздух. Вярно е, че и там вече има не една и две лодки с електромотор, а вече се появиха и първите по-малки електрически самолети, извършили не само тестови, но и търговски полети. Но проблемът все още не е разрешен за големите товарни и пътнически самолети, където засега май единствената алтернативна на керосина са биогоривата. А дори и електрификацията да се развие, да се разработят нови технологии, които да удължат времето и разстоянието за полет, от сегашна гледна точка изглежда, че задачата със замяната на реактивните презокеански лайнери с електричеки няма да бъде никак лесна.

Докъде са стигнали към момента технологиите?

Засега каква точно ще бъде най-масовата технология за електрификацията на авиацията не е ясно. Отделните компании разработват различни прототипи. Някои залагат на соларните панели, които да произвеждат необходимата на двигателите електроенергия по време на самия полет. Други виждат като по-подходяща технологията, използвана в електромобилите, където необходимият ток се осигурява от батерии на борда. Трети пък смятат за най-подходящо използването на водородна горивна клетка, чрез която необходимата електроенергия за двигателите, както и при вариантите със соларни панели, се произвежда директно на борда.

Пред всички тези технологии обаче засега има доста пречки, които науката трябва да преодолее. Например при вариантите с батерии проблемът е точно както при електромобилите – акумулаторите са тежки, което съкращава времето за полет и съответно разстоянието. Но докато при електромобилите изразходването на заряда просто ще прекрати пътуването, то при самолет ще последва катастрофа, така че тук предизвикателствата са по-големи. Соларните панели, поне засега, не са в състояние да произвеждат толкова бързо ток. Така при тези разработки също засега не може да се говори за реализация на голям пътнически или товарен самолет с възможност за дълъг полет. При горивните клетки тези проблеми са разрешени до голяма степен, но пък съществува друг – водородът се съхранява в резервоари под голямо налягане, поради което те са с голяма плътност на метала и респективно са доста тежки. Също така той е силно взривоопасен, особено в компресирано състояние. Така че тук основното предизвикателство е по-скоро към гарантирането на сигурността, макар да е налице и проблемът с голямото тегло. 

Има и хибридни прототипи, използващи високоефективни двигатели с вътрешно горене, които изразходват значително по-малко гориво, тъй като не създават тяга за полета на самолета, а само задвижват генератори, произвеждащи от своя страна електроенергия, с която пък се задвижват електромоторите, благодарение на които машината лети. Но и на тази технология, както при хибридните автомобили, се гледа по-скоро като на преходно звено, а не като на бъдещето на авиацията.

Успешните примери

Въпреки всички изброени недостатъци или все още нерешени технологични проблеми, както електрическите, така и летателните апарати с водородна горивна клетка, вече са факт. А и не само това - успешните полети дори и с пътници на борда са осъществени от не една и две компании. Определени модели пък даже са получили сертификати от регулаторните органи по въздухоплаването в Европа, САЩ и др. Някои компании могат да се похвалят с поръчки от клиенти, макар и все още това да са по-скоро бутикови, отколкото масови машини.

Хибриди

Като успешна разработка на хибриден самолет може да се посочи самолетът Cassio на френската компания VoltAero. Машината има 3 версии – за четирима, за шестима и за десетима пасажера, като мощността на задвижващата ги система също е различна – съответно 330, 480 и 600 киловата. Cassio може да прекара във въздуха 3.5 часа и да прелети разстояние от близо 1300 км. Максималната му скорост е 370 км/ч, а за излитане и кацане му е необходима писта с дължина 550 м.

Британската компания EAG също залага на хибридното задвижване. Тя, според твърденията й, разработва най-големият в света (за момента) хибриден пътнически самолет, който ще може да превозва 70 души. Работното му име е HERA (Hybrid Electric Regional Aircraft) и както става ясно от това, той ще бъде предназначен за по-кратки полети. Според компанията от Бристол дължината на полета на HERA ще бъде 1500 км и няма да има нужда от кой знае колко дълга писта за излитане и кацане. От EAG обещават хибридният им самолет да има с 90% по-малко вредни емисии в сравнение с аналогична машина, задвижвана от двигатели на керосин. Планираната дата за доставка на първите бройки е 2028 г.

Изцяло електрически

Velis Electro на словенската компания Pipistrel Aircraft пък е напълно електрически двуместен самолет. Той не само съществува и има не един и два полета, а дори е единственият е-самолет в света, поне засега, сертифициран за използване в европейското въздушно пространство от Агенцията за авиационна безопасност на ЕС (EASA). Електродвигателят му се захранва с ток от литиево-йонна батерия с капацитет 11 киловатчаса, товароносимостта му е 600 кг, лети със скорост 180 км/ч на височина до 3700 метра и може да прекара във въздуха 50 минути с едно зареждане. Всичко това може да звучи не особено обещаващо, но още на концептуално ниво Velis Electro е замислен като учебен самолет, за какъвто тези показатели са напълно задоволителни.

От другата страна на Атлантика пък вече има сертифициран за редовни полети е-самолет с 9 пътнически места, като по този показател той към момента е най-големият такъв. Става въпрос за eCaravan, който още през миналата година извърши първия си успешен полет с пасажери на борда. Машината е разработена от компаниите MagniX и AeroTEC на базата на конвенционалния Cessna 208B Grand Caravan. Стандартният му двигател е заменен от 560-киловатов електрически magni500. Стратегията на двете компании е eCaravan да бъде използван както за превоз на къси разстояние (до 160 км) както на пътници (до 5-6- души), така и на малки товари, в каквито полети от десетилетия се е доказал като много ефективен задвижваният от керосин Cessna 208B Grand Caravan.

Но това не е единственият опит на MagniX в електрифицираното въздухоплаване. Съвместно с друга компания – Harbour Air, бе разработен електрическият хидроплан DHC-2 De Havilland Beaver, който извърши първия си полет още в края на 2019 г. Тук отново става въпрос за преработване на самолет, използващ двигател с вътрешно горене и замяната му със същия като при eCaravan електрически magni500.

В Германия пък компанията Volocopter изпитва т.нар. от нея мултикоптери още от 2011 г. За едно десетилетие изпитателните и демонстрационните полети на нейните разработки имат общо над 1000 часа полети. Последната й разработка – двуместното аеротакси VoloCity, вече е летяла неколкократно и демонстрирала възможностите си на няколко континента. Като интересен момент е, че вече има и полет без пилот, което всъщност е крайната цел на компанията. Машината е с вертикално излитане, задвижва се от 18 електрически двигателя, захранвани от 9 литиево-йонни акумулатора. От Volocopter имат за цел техните VoloCity да бъдат използвани като въздушни таксита още по време на летните олимпийски игри в Париж, които ще се проведат през 2024 г. За целта неотдавна компанията пристъпи към хитър ход, купувайки дългогодишния си партньор и производител на безмоторни и леки самолети G Flugzeugbau, като по този начин си осигури и сертификат от EASA.

Водородни технологии

Подобно на MagniX в САЩ, британската компания ZeroAvia също се е насочила към трансформирането на съществуващи самолети с реактивни двигатели в електрически. Нейната визия обаче е водородът и горивните клетки. Така разработен от нея електрически двигател, захранван с ток чрез горивна клетка, успешно бе интегриран в 6-местен самолет Piper M. Трансформираната машина извърши първия си успешен полет преди малко повече от година, като така стана най-големият самолет, задвижван от водород, издигал се във въздуха в реални условия.

Като най-перспективна разглежда водородната технология и гигантът Airbus, но тук на него се гледа като на гориво, което да замести керосина. И макар все още да не е представил прототип, през септември м.г. европейският производител показа три свои концепции на самолети, задвижвани чрез водородни технологии под работното име ZEROe. Най-големият от тях е пътнически самолет, който в зависимост от модификацията ще може да превозва между 120 и 200 пасажери. Той ще бъде задвижван от реактивни двигатели, които обаче вместо керосин, ще използват като гориво втечнен водород. Концепцията на Airbus предвижда той да се използва включително и за презокеански и трансконтинентални полети, тъй като ще може да лети на 3700 км разстояние.

Втората разработка е за турбовитлови самолет, който също ще използва водорода като гориво. Капацитетът му ще бъде за превоз на 100 пасажери на разстояние до 1850 км.

Най-футуристичната концепция е наречена „съчетано крило-тяло“ и представлява летателен апарат, чийто крила представляват продължение на фюзелажа, който е с доста странна разлята форма. Този коцепт има параметри като първия с капацитет до 200 пасажери и дължина на полета от 3700 км, но се задвижва от 6, вместо от два двигателя. Според Airbus футуристичният дизайн осигурява много повече възможности за съхраняване на водород и за трансформации на пътническия салон.

Българската следа

Страната ни също може да се похвали, че е участник в трансформацията на авиацията. Българската следа се нарича Dronamics – компания, създадена от братята Свилен и Константин Рангелови, развиваща дейност в София и Лондон. Тяхна разработка е безпилотният лекотоварен самолет Black Swan. Интересното тук е не само, че става въпрос за автономен летателен апарат, но и задвижването. Разработката на Dronamics е оборудвана с витлови двигател, който използва като гориво базираното на етанол Е10, благодарение на което вредните емисии с неколкократно по-малко в сравнение с аналогичен класически летателен апарат. Съвсем скоро предстои възможностите на Black Swan да бъдат демонстрирани на летище „София“. А те са превоз на товари с общо тегло до 350 кг на разстояние до 2500 км, излитане и кацане на писта с дължина едва 400 метра и максимална скорост от 350 км/ч.

В близко бъдеще обаче Black Swan ще стане напълно въглероднонеутрален. Още през 2023 г. братя Рангелови възнамеряват да представят нова версия на самолета си, която ще използва за гориво биоетанол, благодарение на което вредните емисии ще бъдат сведени до нула.