Европейский Союз представил доклад Hydrogen-powered aviation: Preparing for take-off («Водородная авиация: готовясь к взлёту»).

Доклад был подготовлен консультантами из McKinsey по заказу двух европейских частно-государственных совместных предприятий Clean Sky 2 JU и Fuel Cells & Hydrogen 2 JU. В подготовке доклада принимали участие многочисленные авиационные, химические и нефтегазовые компании.

Декарбонизация является серьезным вызовом для авиации. Отрасль выбрасывает более 900 млн тонн углекислого газа (CO2) в год. При условии роста перевозок на 3-4 процента в год и повышения эффективности на 2 процента в год к 2050 году выбросы увеличатся более чем вдвое. Однако перед отраслью стоит противоположная задача. Группа действий по воздушному транспорту (ATAG) обязалась сократить выбросы CO2 на 50 процентов (по сравнению с 2005 г), а Европейский Союз поставил цель достичь углеродной нейтральности к тому же сроку.

Помимо CO2, самолеты воздействуют на климат через выбросы оксидов азота (NOx), сажи и водяного пара. «Полный» вклад авиации в глобальное потепление значительно выше, чем только выбросы CO2.

[Доля авиации в глобальном потреблении нефти составляет примерно 8%].

В докладе оценивается потенциал водорода для снижения воздействия авиации на климат.

Общий вывод доклада: водородная тяга потенциально может стать основной частью авиационных технологий будущего и в значительной степени обеспечить декарбонизацию отрасли.

В работе рассматриваются три основных типа самолетов, позволяющих значительно снизить выбросы:

1) Работающие на синтетических видах топлива (Synfuel). Их преимущество - отсутствие существенных изменений в технологиях и инфраструктуре (а недостаток - дорогое топливо).

2) Работающих на водороде с водородной турбиной.

3) Работающих на водороде с водородным топливным элементом и электрическим двигателем.

Также исследуются гибридные варианты, например, комбинация турбины и топливных элементов.

Расчёты показывают, что водородная турбина позволяет снизить климатическое воздействие на 50-75%, топливные элементы - на 75-90%. Самое скромные климатические преимущества даёт синтетическое топливо: 30-60%.

Для внедрения водородных технологий в авиации необходимо решить ряд технических задач. Речь идёт о повышении общей эффективности с помощью более легких баков (цель: 12 кВт*ч / кг / гравиметрический показатель 35%) и систем топливных элементов (цель: 2 кВт / кг, включая охлаждение); системе распределения жидкого водорода внутри самолета; турбинах, способных сжигать водород с низким уровнем выбросов NOx, и т.д. Эксперты отрасли прогнозируют, что соответствующие решения будут, вероятно, созданы в течение пяти - десяти лет.

Авторы приходят к выводу, что водородные технологии лучше всего подходят для пригородных (до 500 км), региональных (до 1000 км), ближне- и среднемагистральных самолётов / перелётов. К слову, 50% авиационных выбросов и 90% рейсов приходится на полёты протяженностью до 3000 километров.

Силовые установки на топливных элементах являются наиболее энергоэффективным, экологически чистым и экономичным вариантом для самых коротких дистанций - пригородных и региональных самолетов. По сравнению с обычными самолетами эксплуатационные расходы увеличиваются всего на 5-10 долларов США (примерно на 10%) на пассажира. Такие воздушные суда могут появиться на рынке через 8-15 лет.

Для ближнемагистральных самолетов лучше всего подходит гибридная силовая установка (водородная турбина и топливный элемент), увеличивающая затраты на одного пассажира на 20-30 процентов.

Следующий сегмент, самолет средней дальности, требует значительно расширенных фюзеляжей для хранения жидкого водорода и будет расходовать на 25% больше энергии, чем обычный самолёт. Затраты на пассажира увеличиваются на 30-40%.

Дальнемагистральные самолёты на водороде технически (теоретически) возможны, однако получатся слишком дорогими. Более эффективным вариантом является использование синтетического топлива. Принципиально другая конструкция самолёта (комбинация крыло-фюзеляж), вероятно, сможет изменить расклад в пользу водорода, однако такие летательные аппараты могут появиться как минимум лет через двадцать.

Технико-экономическое обоснование и экономический анализ показывают, что водород может стать важной частью будущего технологического комплекса авиации. Если самолеты, работающие на Н2, станут использоваться в сегментах, где они являются наиболее эффективным средством декарбонизации, их доля в парке воздушных судов к 2050 году может достичь 40 процентов, а после 2050 году возрасти ещё больше.

При допущении, что остальные 60 процентов самолётов будут работать на синтетическим и биологическом топливе, задача декарбонизации, то есть снижения именно углеродного следа авиации будет в значительной степени (практически полностью) решена. Вышеуказанные цели и ЕС, и ATAG будут достигнуты. Однако, как мы видели выше, климатический след отрасли намного больше, чем просто выбросы СО2. Выбросы парниковых газов в СО2 эквиваленте могут быть снижены к 2050 году на 45-50%, то есть воздействие авиации на климат останется значительным. Авторы приходят к выводу, что нулевое воздействие авиации на климат не может быть достигнуто с помощью водородной тяги, но при этом не существует (даже в проекте) какой-либо другой технологии, которая могла бы гарантировать это нулевое воздействие.

Авторы предлагают «срочно предпринять смелые шаги, чтобы начать путь к декарбонизации с помощью водорода». Сегодня отрасли [авиастроению] необходимо изменить траекторию, поскольку коммерциализация и сертификация самолетов могут занять более 10 лет, а замена значительной части парка - еще 10 лет. Для перехода на новые технологии потребуется отраслевая дорожная карта по снижению воздействия на климат, рост активности и финансирования в области исследований и инноваций (R&I), а также долгосрочные политические установки.