Этот проект, который находится в рамках программы ZEROe, нацелен на значительное снижение углеродных выбросов в авиации и является частью глобальных усилий по декарбонизации отрасли к 2050 году.
Амбиции Airbus и параллельные разработки
На саммите Airbus в марте 2025 года компания продемонстрировала свою стратегию по созданию экологически чистых самолетов будущего. Эта стратегия включает в себя параллельное развитие двух направлений:
- Самолет с топливными элементами на водороде — с нулевыми выбросами и использованием сверхпроводящих технологий.
- Самолет с улучшенной топливной эффективностью на базе современных реактивных двигателей с открытым вентилятором, что ориентировано на более традиционные, но все же значительные улучшения в плане сокращения углеродных выбросов.
Проект сверхпроводящего электрического самолета особенно выделяется из всего множества экологически чистых инициатив в авиации, поскольку сочетает в себе несколько передовых технологий: водородные топливные элементы, криогенные системы охлаждения и сверхпроводящие материалы.
Преимущества водородных топливных элементов и сверхпроводимости
1. Технология водорода
Использование водорода в качестве основного топлива для самолета с нулевыми выбросами — это основной принцип проекта Airbus ZEROe. Водород, сжиженный при экстремально низких температурах (до -253°C), станет источником энергии для топливных элементов, которые будут генерировать электрическую энергию для электродвигателей. Однако для обеспечения широкого применения водородной технологии в авиации, включая коммерческое производство и инфраструктуру заправки, потребуется решить несколько значительных технических и экономических задач, таких как создание эффективных и дешевых методов хранения и доставки водорода, а также разработка масштабируемых и безопасных систем заправки на аэродромах.
2. Сверхпроводящие технологии
Преимущества сверхпроводящих материалов заключаются в том, что они могут проводить электрический ток без сопротивления, что значительно повышает эффективность электрических систем. Для использования в авиации сверхпроводники должны работать при более высоких температурах, чем традиционные сверхпроводники, что сделает их применение более реальным и экономически целесообразным. В случае с самолетом Airbus, криогенная температура хранения водорода при -253°C может быть использована для охлаждения компонентов электрической системы самолета, что, в свою очередь, улучшит эффективность и производительность этих систем.
Сверхпроводящие материалы позволят создать более мощные и компактные электрические двигатели для самолетов, а также значительно сократят потребление энергии и теплообразование. Это решение позволяет существенно уменьшить размер и вес батарей и других компонентов электросистемы, что критически важно для авиации.
Технические сложности и задачи
1. Хранение водорода
Одним из крупнейших вызовов для такого типа самолета является хранение водорода на борту. Водород в сжиженном виде требует специальных криогенных резервуаров, которые должны быть не только безопасными, но и достаточно легкими и компактными для использования в авиации. Это также требует создания новых технологий для сохранения температуры, необходимой для сжижения водорода.
Авиационный «двигатель» на топливных элементах, по замыслу Airbus, будет включать в себя электродвигатель мощностью 2 мегаватта и связанный с ним блок управления двигателем (MCU), систему топливных элементов для питания двигателя и связанные с ним системы подачи воздуха, водородного топлива, жидкого хладагента и других предметов первой необходимости. Система набега воздуха должна была улавливать холодный воздух, протекающий над самолетом, для использования в системах охлаждения.
2. Инфраструктура для водородных самолетов
Для того чтобы такие самолеты могли массово выйти на рынок, необходимо создать инфраструктуру для производства и заправки «зеленым» водородом на авиапортах. В настоящее время производство водорода в больших масштабах, используя возобновляемые источники энергии, сталкивается с несколькими экономическими и технологическими трудностями. Поэтому для достижения масштабируемости и снижения стоимости такого топлива потребуется значительные инвестиции в новые заводы по производству водорода и логистические цепочки его доставки.
3. Технические трудности сверхпроводимости в авиации
Работа с сверхпроводящими материалами в таких условиях, как в авиации, требует разработки уникальных решений для охлаждения системы и контроля температуры. Компоненты электрической силовой установки, включая катушки и электронику, должны быть охлаждены до сверхнизких температур, что вызывает потребность в сверхэффективных и надежных криогенных системах. В этой области Airbus активно сотрудничает с научно-исследовательскими центрами и промышленными партнерами, такими как Liebherr Group и ElringKlinger, для разработки и тестирования таких технологий.
Преимущества сверхпроводящих и водородных технологий для авиации
- Снижение выбросов: Главной целью является достижение нулевых выбросов углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу. Водородные топливные элементы не производят углекислого газа, а использование сверхпроводящих технологий позволяет сделать силовые установки более эффективными, что уменьшает потребление энергии и сокращает негативное воздействие на окружающую среду.
- Высокая эффективность и снижение затрат на топливо: Сверхпроводящие электрические двигатели позволяют добиться высокой энергетической эффективности, что снижает потребление энергии и увеличивает дальность полета на одном зарядке (или заправке). Это также открывает возможности для более экономичной эксплуатации воздушных судов в долгосрочной перспективе.
- Меньше тепловых потерь: Сверхпроводящие материалы не выделяют тепло при передаче тока, что сокращает необходимость в охлаждении и повышает общую эффективность.
Сравнение с традиционными технологиями
Параллельно с проектом по созданию сверхпроводящих самолетов, Airbus также разрабатывает более традиционный самолет с усовершенствованными реактивными двигателями, который будет использовать сжиженное природное топливо (СПГ) и более эффективные двигатели с открытым вентилятором. Эти двигатели предлагают высокий коэффициент байпасного воздуха, что улучшает топливную эффективность. Такие самолеты, с учетом их меньших требований к инфраструктуре и возможности использования существующих аэродромов, могут выйти на рынок быстрее, но они все же не смогут полностью избавиться от углеродных выбросов, как это предполагается в проекте с водородом.
Перспективы и вызовы
Airbus продолжает работать над решением ряда ключевых технических задач, включая создание эффективных криогенных систем, разработку надежных водородных технологий и сверхпроводящих материалов для авиации. В то же время компания сталкивается с вызовами по созданию необходимой инфраструктуры для водородных самолетов и снижению стоимости водорода до конкурентоспособных цен. Эти проекты не только обеспечат значительное сокращение углеродных выбросов в авиации, но и могут стать важным шагом в эволюции авиационной отрасли, которая стремится к более экологически чистому будущему.
Вместе с этим, успех таких проектов зависит от тесного сотрудничества с партнерами в области энергетики, инфраструктуры и научных исследований, а также от активного участия властей в создании нормативной базы, которая позволит новым технологиям стать коммерчески жизнеспособными и безопасными для массового использования.
Источник: https://spectrum.ieee.org/airbus-electric-aircraft
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
