Сжигание ископаемого топлива — одна из главных причин глобальных изменений климата. Если автомобильная отрасль уже несколько лет пытается заменить бензиновые двигатели на гибридные или полностью электрические, то в авиации этот процесс только начинается. «Хайтек» рассказывает, как авиакомпании постепенно переводят свой флот на биотопливо, а авиастроительные концерны пытаются разработать электросамолеты — для сокращения выбросов парниковых газов и снижения текущих затрат.
К 2050 году на долю авиации придется 5-6% парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу. Сейчас этот показатель составляет около 2% от общего объема CO₂.
Производители гражданских самолетов стремятся к этой цели. По сравнению с 60-ми годами, коммерческие самолеты Boeing стали более чем на 70% экономичнее и на 90% тише. Каждая новая модель самолета, которую разрабатывает компания, на 15–20% эффективнее, чем самолет, который она заменяет, что соразмерно сокращает выбросы углекислого газа.
Торговая группа Airlines for America сообщает, что повышение эффективности использования топлива американскими авиакомпаниями в период с 1978 по 2017 годы позволило сократить выбросы CO₂ на 4,6 млрд метрических тонн, что эквивалентно изъятию из эксплуатации 25 млн автомобилей ежегодно.
Однако действий авиастроительных компаний недостаточно — снижение выбросов новых самолетов по сравнению с предыдущими моделями нивелируется ростом авиаперевозок. По прогнозу Международной ассоциации воздушного транспорта (IATA), число пассажиров реактивных самолетов удвоится до 8,2 млрд к 2037 году. Федеральное авиационное управление США в 2008 году предположило, что уровень пассажирских перевозок к 2025 году удвоится, а, вероятно, и утроится.
Увеличение доли авиации в выбросах углекислого газа опасно еще и потому, что принятое в 2015 году Парижское соглашение по климату не учитывает парниковые газы от судоходного и авиационного транспорта. Вкупе с ростом промышленных автомобильных выбросов рост числа рейсов может привести к ускорению глобальных изменений климата и повышению температуры.
Кто летает на биотопливе
За последние десять лет, с момента первого коммерческого полета на гибридном топливе, выполненного Continental Airlines, авиакомпании заключили несколько крупных контрактов на закупку биотоплива. Причины этого не столь экологические, сколько экономические. Рост цен на нефть, по утверждениям нескольких перевозчиков, уже заставляет их сжигать как можно меньше топлива.
Другая причина — запуск Международной организацией гражданской авиации (ICAO) системы мониторинга выбросов CO₂ CORSIA. Проект, который заработает в 2020 году, позволит надзорной организации штрафовать авиакомпании за каждую тонну.
Современные самолеты способны без модификаций заправляться смесью из обычного авиабензина и экологического биотоплива. И авиакомпании пользуются этими возможностями.
United Airlines до середины прошлого года опережала других перевозчиков в обещании использовать биотопливо для сокращения выбросов. К июлю 2018 года она закупала 3 млн л биотоплива в год — это позволяет компании перевести все рейсы из международного аэропорта Лос-Анджелеса на гибридное топливо с 30% биотоплива.
В 2015 году United инвестировала $30 млн в компанию Fulcrum BioEnergy, которая планирует к 2020 году производить до 30 млн л реактивного топлива из бытовых отходов в год. В 2017 году в Fulcrum также вложилась гонконгская авиакомпания Cathay Pacific.
Southwest Airlines ранее подписала контракт на закупку биотоплива у Red Rock Biofuels, компании, которая строит в Орегоне завод по производству 45 млн л биотоплива из древесных отходов в год. British Airways работает с Velocys над строительством завода по производству топлива из мусора в Великобритании. Обе компании планируют начать поставки биотоплива своим инвесторам в 2019-2020 годах.
Самые продолжительные полеты
Несколько игроков рынка уже испытывают биотопливо собственного производства или разработки компаний-партнеров на длительных рейсах. В феврале Etihad Airways выполнила самый продолжительный коммерческий перелет на смеси реактивного и биотоплива в соотношении 50 на 50. Лайнер Boeing 787 с двигателям General Electric 1B совершил перелет из Абу-Даби в Амстердам без дополнительной заправки в пути.
Топливо для полета произвела компания ISEAS из ОАЭ. Она создает реактивное топливо из саликорнии (морской спаржи — «Хайтек»), выращенной на креветочной ферме неподалеку от международного аэропорта столицы Арабских Эмиратов.
В октябре 2018 года лайнер Virgin Atlantic совершил первый полет через Атлантику на биотопливе, изготовленном из выбросов сталелитейных заводов. Новый вид горючего, в отличие от большинства других разработок, уже получил одобрение Министерства энергетики США — регулятор установил, что гибридное топливо безопасно для использования на коммерческих рейсах и позволяет сократить выбросы углекислого газа на 70% по сравнению с чистым реактивным топливом.
Другой пример — американская авиакомпания Alaska Airways, самолеты которой с 2016 года летают на гибридном керосиново-этаноловом топливе в соотношении 70 к 30. Поставщик биотоплива, стартап Gevo, производит синтетический парафинистый керосин на основе изобутана и этанола.
Как делают биотопливо
Биотопливо делится на два основных типа в зависимости от способа производства — с помощью зеленых микроводорослей или из органических отходов.
К первому относится гибридное горючее, на котором лайнер авиакомпании Etihad пролетел из Абу-Даби в Амстердам. Химики из компании ISEAS воспользовались свойством зеленых водорослей перерабатывать углекислый газ в органические соединения, необходимые для производства топлива.
Сначала они пропустили морскую воду через резервуары с мальками рыб и планктоном, где она приобрела нужные характеристики. Затем воду перегнали в резервуар с растениями, устойчивыми к соли. Зеленые водоросли превратили ил, остатки растений и перегной в биотопливо, а использованную воду химики очистили и вернули в море.
Второй способ — получение топлива из органических отходов — использовали химики из LanzaTech, которые разрабатывали биотопливо для компании Virgin. Ученые собрали выбросы нескольких китайских предприятий в специальные резервуары, населенные микроорганизмами.
Последние питаются смесью оксидов углерода и водорода и выделяют этиловый спирт. Затем полученное вещество переработали в искусственный парафиновый керосин и смешали с реактивным топливом.
Электросамолеты
В то время как наземные транспортные средства — грузовики и легковые автомобили — могут работать на низкоуглеродистом электричестве и на батареях, коммерческим самолетам требуются аккумуляторы с высокой плотностью энергии.
Разработка пассажирских электрических самолетов, пока только одноместных, уже ведется европейской авиастроительной компанией Airbus. В 2020 году концерн обещает выпустить самолет с электрическим двигателем для участия в первых в мире гонках на электросамолетах Air Race E, одним из организаторов которых выступает компания.
Аналогичные разработки ведет и Rolls-Royce — компания создает одноместный электрический самолет, способный пролететь из Лондона в Париж на скорости до 480 км/час без подзарядки. Летательный аппарат также должен быть представлен в 2021 году.
Обе разработки позволят инженерам изучить возможности летательных аппаратов с электродвигателем, опробовать их систему управления и механизмы, чтобы в будущем начать производство пассажирских электросамолетов.
Что дальше?
По прогнозам авторов сборника «Атлас технологий будущего», получивших в 2018 году премию «Просветитель», к 2030 году мировое производство биотоплива вырастет до 150 млн т в нефтяном эквиваленте. Ежегодно этот показатель будет расти на 7–9%, а через 11 лет доля биотоплива достигнет 4–6% от всего используемого транспортным сектором объема.
Американский регулятор FAA (Federal Aviation Administration) уже одобрил для использования несколько видов биотоплива, сделанного из органических отходов, а многие авиакомпании уже объявили о планах сократить выбросы углекислого газа втрое к 2050 году в соответствии с требованиями ISEAS.