Проект ZEROe в Гамбурге определит будущее безуглеродной авиации в Европе

Парижские соглашения, предписывающие сокращение вредных для климата выбросов до нуля к 2050 году заставляют авиастроителей создавать альтернативные проекты. Европейский Airbus сделал ставку на разработку водородных технологий. Созданием двигателей нового поколения для коммерческой авиации занимаются специалисты престижного Центра прикладных исследований в области авиации (ZAL) в Гамбурге. С 15 по 17 марта руководство центра знакомило прессу (ассоциация специалистов в области авиации и космоса AJPAE) с достижениями и сложностями продвижения Airbus к заявленной цели: приступить к производству самолетов на водороде уже в 2035 году.

Проект ZEROe , чтобы свести к нулю вредные выбросы авиации. © Airbus

По подсчетам экспертов, ежегодные выбросы гражданской авиации в атмосферу составляют 2-3% от мировых выбросов CO2. По подсчетам экологов, это эквивалентно выбросу более 20 тонн СО2 каждую секунду. И объемы выбросов продолжают расти.

Международная группа экспертов по климату при ООН опубликовала Доклад о влиянии авиации на климат еще в 1999 году. Действующая под эгидой ООН Международная организация гражданской авиации фиксирует цели для планомерного сокращения выброса газов с парниковым эффектом начиная с 2010 года.

Переход на водород давно рассматривается как одно из альтернативных решений. За водородом даже закрепилось название «CO2-нейтрального» энергоносителя. 

ZEROe — значит ноль выбросов

Центр прикладных исследований в области авиации (ZAL) в Гамбурге — это ведущая платформа для технологических исследований и разработок в области европейской гражданской авиации. Этот комплекс общей площадью более 26 000 м² предлагает инновационную рабочую среду с самой современной инфраструктурой, позволяющую проводить исследования, моделирование, испытание и сборку непосредственно на месте. Концентрация лабораторий и цехов, так сказать, «под одной крышей» оптимизирует совместную работу специалистов крупных промышленных предприятий (Airbus, Немецкого центра авиации и космонавтики (DZL), Lufthanza technic), малых и средних предприятий, научных учреждений, университетов и стартапов. Одним из достижений центра стало создание демонстратора ZEROe для работы над созданием к 2035 году самолетов с нулевым выбросом.

По сути, именно в этом центре исследовательские и технологические группы решают «как мы будем летать на водороде» —пояснила вице-президент по исследованиям и технологиям в Германии и член правления Airbus Operations GmbH Николь Дрейер-Лангле, добавив: «Может быть, это — один из наших самых больших проектов». При этом, с самого начала, она обозначила лимит общего доступа к информации: «Конечно, есть области, где мы не хотим делиться информацией. Когда мы говорим об исследованиях, понятно, что речь идет о разработках будущего». Иначе говоря, технические решения и разработки предстоит не только «довести до ума», но и защитить от конкуренции патентами. По этой причине репортаж RFI содержит ограниченное число фотографий.

Вице-президент по исследованиям и технологиям в Германии и член правления Airbus Operations GmbH Николь Дрейер-Лангле в инновационном центре в Гамбурге . © RFI/Nina Desesquelle

Водород – это технологический прорыв в авиации

Николь Дрейер-Лангле напомнила, что значительно сократить вредные выбросы самолетов позволяет не только водород. Современные двигатели могут потреблять от 30 до почти 100% биотоплива без каких-либо технологических модификаций. И, в соответствии с международными техническими нормами, гражданская авиация может летать на топливе на 50% состоящем из биоуглеродов. Может, но не всегда использует этот более чистый ресурс. Потому, уточняют специалисты, что производство «зеленого» топлива для самолетов остается сегодня на уровне 1% от спроса.

Переход же на водородные двигатели рассматривается европейским Airbus как «технологический вызов» и «прорыв в авиации». В поисках наилучших решений, в сентябре 2020 года концерн представил три концепции самолета с нулевым выбросом, дав ему название ZEROe, то есть ноль выбросов.

Это гибридно-водородные аппараты, работающие на сжигании водорода с помощью модифицированных газотурбинных двигателей. В качестве топлива жидкий водород уже используют в автомобильной промышленности. Используют водород и в качестве топлива для запуска космических ракет. Потому, что соединение жидкого водорода с жидким кислородом сопровождается генерацией огромной энергии. Но, как отметила вице-президент по исследованиям и технологиям, существует большая разница между стремительным запуском ракеты в космос и необходимостью обеспечивать безопасность сотен пассажиров в течение долгих и повторявшихся авиаперелетов. Технология требует переосмысления.

Жидкий водород или сжиженный?

Поиск оптимальной конструкции самолета будущего ведется также с учетом специфических свойств водорода. Как в сжиженном виде, так и в форме сжатого газа водород сохраняет свою повышенную воспламеняемость и, будучи веществом очень лёгким, занимает больше объёмов, чем традиционное топливо. Сжиженный при сверхнизких температурах (-252.87°C) водород занимает объем в четыре раза больший, чем обычный керосин. А объем этого газа под давлением — и того больше.

Эта проблема размеров самолета в ходе исследований в Гамбурге с успехом решается благодаря использованию европейского двухпалубного гиганта A380. Крупнейший в мире авиалайнер с 2022 года используют как «демонстратор ZEROe «. На борту можно тестировать технологии сжигания водорода на мультимодальной платформе. Огромный внутренний объем уникального «супер джамбо», способный вместить до 850 пассажиров, позволяет разместить оборудование, необходимое для наземных и летных испытаний двигателей. Цель разработчиков — довести водородную двигательную установку сгорания до полной готовности к 2025 году.

В работе у авиастроителей в Гамбурге три разработки самолетов ZEROe на водороде. © Airbus

До конца десятилетия инженеры должны определиться в выборе между различными видами водородных двигателей. Они изучают три варианта: так называемые турбореактивные двухконтурные, турбовинтовые и гибридный водородный топливный элемент, вырабатывающий электричество.

Николь Дрейер-Лангле подчеркнула, что сама идея топливных элементов не просто интересна и известна. Но «стара» и требует переосмысления. Топливные элементы используют в автомобилестроении. Но увеличение мощности батареи при нынешней технологии неизбежно увеличивает её вес и, как следствие, делает ее неприменимой для авиации. Говоря образно, сегодня двигатель с топливным элементом среднего автомобиля может работать на небольшом летательном аппарате. Но батарея, способная привести в движение самосвал сразу сделает неподъемным даже пустой пассажирский самолет.

Специалисты говорят, что описанные здесь в общих чертах водородные технологии не исключают, а дополняют друг друга. Концептуальный самолет ZEROe позволяет исследовать конфигурации в водородные технологии, которые определят направления дальнейшего развития авиации с нулевыми выбросами СО2. Специалисты предполагают, что европейский самолет на водороде совершит свой первый полет в 2035–2040 году.

Успех программы зависит также и от финансирования. Разработка классического самолета стоит, в среднем, 10 миллиардов долларов. Создание первого самолета на водороде будет стоить в два раза дороже. Но участники проекта ZEROe обеспокоены также инвестициями в инфраструктуры для обслуживания самолета будущего на водороде. Они говорят о необходимости создавать промышленные узлы вблизи аэропортов, где новые самолеты получали бы необходимое техобслуживание и, главное, где производилось бы сжиженное водородное топливо. Они говорят о необходимости создать новый промышленный сектор, что будет возможно только в условиях целенаправленной политики и финансовой поддержки проектов на местном, государственном уровне, а также при поддержке Евросоюза.