В MIT предложили перевести самолеты на водород, чтобы сократить выбросы CO₂
Переход на водород может сократить выбросы углекислого газа в авиации до 90%. Таковы результаты исследования, проведенного Массачусетским технологическим институтом (MIT) и 5 ноября опубликованного в журнале «ACS Sustainable Chemistry & Engineering».
Авторы провели компьютерное моделирование для изучения возможностей и проблем авиации, работающей на водородном двигателе.
«Хотя предстоит еще пройти долгий путь, прежде чем водородная авиация сможет быть реализована в крупных масштабах, мы надеемся, что наш анализ конструкции бортовой системы и соответствующей инфраструктуры будет использован для определения приоритетов усилий по развитию сектора», — говорит Дхарик Маллапрагада, один из соавторов исследования.
По данным Международного энергетического агентства, выбросы CO₂, связанные с энергетикой, в авиационном секторе в последние десятилетия росли быстрее, чем выбросы железнодорожным, автомобильным и морским транспортом. Чтобы уменьшить потенциальное воздействие этого фактора на климат, ученые совершенствуют конструкцию и эксплуатацию самолетов и разрабатывают топливо с низким уровнем выбросов, такое как водород, который используется для прямого сгорания или для питания электрических топливных элементов.
Привлекательность водорода как источника топлива в том, что его использование не производит CO₂ и дает больше энергии на килограмм топлива, чем топливо для реактивных двигателей. Чтобы понять потенциальное влияние перехода с традиционного реактивного топлива на водородное топливо в авиации, Анна Цибульски, Маллапрагада и их коллеги смоделировали его использование при электрификации региональных и ближнемагистральных турбовинтовых самолетов.
Исследователи подсчитали, что дополнительный объем водородного бака и топливных элементов, установленный на существующем самолете, придется компенсировать снижением веса в других местах, например, уменьшением полезной нагрузки самолета (груза или пассажиров). Теоретически это даже может означать, что для доставки одной и той же полезной нагрузки потребуется несколько рейсов.
Однако моделирование группы показало, что улучшение мощности топливных элементов и гравиметрического индекса топливной системы (веса топлива по отношению к весу полного бака) позволит избежать уменьшения полезной нагрузки, тем самым устраняя воздействие на окружающую среду дополнительных полетов.
В то же время они отметили, что переход на полеты на водородных двигателях может сократить выбросы CO₂ в авиационном секторе до 90%.
Более серьезной проблемой, чем смена типов авиационного топлива, может стать обеспечение инфраструктуры, необходимой для производства и распределения водорода низкоуглеродным и экономичным способом. Метод низкоуглеродного производства использует риформинг природного газа (извлечение водорода из метана) в сочетании с улавливанием углерода, но требует доступа к специальной инфраструктуре и местам секвестрации.
Еще одним экологически чистым вариантом добычи водорода является электролиз, который расщепляет воду на водород и кислород и может осуществляться с использованием электроэнергии атомной электростанции или возобновляемых источников. Но это увеличит существенный спрос на электросети.
Цибульски и его коллеги отметили, что, поскольку цены на сетевую электроэнергию могут сильно различаться в зависимости от региона, транспортировка водорода от недорогого производственного предприятия к конечным потребителям может быть более рентабельной.
По этим причинам исследователи предполагают, что внедрение водородной авиации может начаться в местах, где есть благоприятные условия для производства водорода, таких как немецкий Гамбург или Барселона.
Инфраструктура, необходимая для поддержки использования водорода в авиации, также пойдет на пользу усилиям по декарбонизации в других секторах, включая грузовые и морские перевозки, поскольку водородное топливо станет более доступным.
