Електромобілі екологічно чисті, безшумні, і майбутнє, схоже, належить їм. Американська компанія Tesla, яка багато зробила для того, щоб додати престижу й «крутості» образу електромобілів, ледве встигає задовольнити попит на свою Model 3 для середнього сегмента ринку (хоча це не завадило їй оголосити про плани випуску ще й електричних вантажівок). Шведський автовиробник Volvo анонсував, що з 2019-го всі машини принаймні частково працюватимуть від електрики. Volkswagen пропонуватиме варіанти з електродвигуном для всіх своїх марок, схожі заяви зробили й у General Motors. Деякі країни, зокрема Китай, Велика Британія і Франція, пропонують заборонити двигуни внутрішнього згоряння через кілька десятків років.
Не всі види транспорту так легко електрифікувати. Одним із найважчих є авіація, де проблема потужності акумулятора накладається на серйозну іншу — ваги. У перерахунку на кілограм ваги викопне паливо містить приблизно в 100 разів більше енергії, ніж літій-іонна батарея. На автошляхах цю проблему можна вирішити. Однак для машини, яка повинна підняти себе в небо, зробити це значно важче.
Читайте також: Гість із майбутнього
Непросто, але не неможливо. Літаки з електричним приводом усіх форм і розмірів розробляють десятки компаній. Деякі скидаються на летючі автомобілі — такі фінансує співзасновник Google Ларрі Пейдж. Інші вміють зависати в повітрі, як дрони, і могли б працювати безпілотними повітряними таксі (ними дуже цікавиться Uber). Словенська компанія Pipistrel уже виготовила двомісний електричний тренувальний літак. Інший двомісний апарат, E-Fan, запустив європейський авіагігант Airbus (хоча недавно він відмовився від цього проекту).
Причина стала відома 28 листопада, коли в Airbus оголосили про ще амбітніші наміри. У команді з британським виробником реактивних двигунів Rolls-Royce і німецькою групою Siemens Airbus працюватиме над перетворенням невеликого авіалайнера на «летючу експериментальну установку» для перевірки технічної обґрунтованості гібридно-електричних двигунів. «Перед нами відкривається новий світ авіації», — заявив керівник підрозділу Siemens eAircraft Франк Антон. Він передбачає, що електроенергія виявиться так само важливою для комерційної авіації, як і винахід реактивного двигуна.
Недостатньо. Поки що
Загалом у галузі панує думка, що технологія виготовлення акумуляторів поки що не досягла того рівня, коли можна будувати авіалайнери виключно з електричним приводом. Але якщо гібридні двигуни допомагають деяким електромобілям їздити на довші відстані, то й гібридні системи наближають створення електролітаків.
У команді Airbus планують модифікацію BAe 146 — 100-місного регіонального авіалайнера з чотирма звичайними реактивними двигунами. Першим кроком буде заміна одного з них двомегаватним електричним блоком, який складатиметься з умонтованого в корпус пропелера.
Як і в гібридному автомобілі, останній приводитиметься в рух комбінацією з батареї та допоміжного двигуна для збільшення дальності (невеликого реактивного мотора, змонтованого в задній частині фюзеляжу та під’єднаного до генератора). Цей збільшувач дальності можна буде тимчасово вмикати протягом польоту для приведення в дію пропелерів або заряджання батареї. Він дуже економно витрачатиме пальне, адже постійно працюватиме на найоптимальнішій швидкості на відміну від реактивного двигуна, який безпосередньо приводить у рух літак.
Польотні випробування повинні початися 2020 року. Якщо вони пройдуть успішно, на літаку замінять ще один двигун. Команда сподівається, що результати дадуть достатньо інформації, аби спроектувати повністю гібридно-електричний авіалайнер на 50–100 місць із нуля. Такий літак введуть в експлуатацію орієнтовно 2030-го.
До того в повітря можуть піднятися вже інші апарати. Стартап Zunum Aero, розташований неподалік Сієтла, сподівається до 2022 року випустити для перевезення перших пасажирів свій гібридно-електричний рейсовий літак на 12 місць. У цьому йому допоможуть інвестиції американського аерокосмічного гіганта Boeing й успішного авіаперевізника JetBlue.
Читайте також: Як просувати гуманітарні знання
Конструктори сподіваються, що такі літаки стануть проміжними ланками на шляху до повністю електроприводних у майбутньому. Складно буде подолати проблему ваги. Можливо, великі літаки, що обслуговують дальні маршрути, так і не вдасться повністю електрифікувати, хоча гібридні системи можуть знизити витрати пального для них. Але тут допоможуть зміни в конструкції. Наприклад, в Airbus вважають, що електродвигуни можна вмонтувати у фюзеляж для зменшення аеродинамічного опору. Електроенергія має деякі плюси, які зрівноважують її великий недолік. Один із них — двигуни внутрішнього згоряння не надто ефективно перетворюють енергію пального на рух. Натомість велика частина її втрачається у формі теплоти. Реактивний двигун може мати близько 55% ККД під час руху з постійною круїзною швидкістю на ідеальній висоті. Але цей показник зменшується наполовину чи й більше під час зльоту, набору висоти, посадки й руху злітно-посадковою смугою, а саме на це припадає більша частина польоту літаків, які обслуговують короткі маршрути.
Електричний двигун може працювати набагато ефективніше. Останні моделі мають понад 95% ККД, тож батареї, які забезпечують їх струмом, не повинні дорівнювати за енергоємністю пальному для реактивних літаків. Також електродвигуни легші від реактивних, що частково вирівнює дисбаланс ваги. І вони складаються з набагато меншої кількості деталей, а отже, вимагають менше техобслуговування (це дуже затратна стаття в авіації).
З усіх цих причин у Zunum планують зосередити увагу (принаймні спочатку) на відносно коротких маршрутах, де електродвигуни принесуть найбільший виграш. Президент компанії Ашіш Кумар каже, що головна ідея — обслуговувати сотні дрібних американських аеропортів, які залишилися за бортом, коли рейси перенесли до більших транспортних вузлів. Літак цієї компанії матиме круїзну швидкість близько 550 км/год (340 миль/год), а дальність польоту становитиме близько 1130 км (700 миль). Як і розробка Airbus, він використовуватиме єдиний невеликий реактивний двигун у задній частині фюзеляжу для обслуговування генератора, що зможе приводити в дію два 500-кіловатні пропелери й заряджати батареї, встановлені на крилах (після приземлення їх мінятимуть на свіжі). Завдяки цьому в деяких аеропортах час між рейсами можна буде зменшити до 10 хв.
Дальність польоту цього літака, за словами доктора Кумара, із часом зростатиме. Адже батареї мають ще одну перевагу порівняно з викопним пальним: як усяка не до кінця розроблена технологія, вони все ще пропонують багато простору для вдосконалення. Із нарощенням виробництва (де тон задають автомобільна й електронна галузі) ємність батарей зростає, а ціни падають.
Читайте також: Позбавлені грунту. Чому Україна відстає в інноваціях
Наприклад, минулого тижня у великій південнокорейській компанії Samsung Electronics заявили, що застосування графену (наддрібної форми вуглецю) у літій-іонній батареї дало змогу підняти її енергоємність на 45%, а також надзвичайно знизити потрібний для перезаряджання час. Зараз розробляється багато інших хімічних складових батарей. Серед перспективних ідей батарея з твердим літієм, який замінить рідкий електроліт нинішніх комірок твердою речовиною. Крім значного підвищення енергоємності такі батареї повинні також бути дешевими в масовому виробництві. На думку доктора Кумара, вони дадуть змогу його розробці до 2035 року збільшити дальність польоту до майже 2400 км, а можливо, навіть і відмовитися від бортового генератора.
Об’єднати ці всі плюси й мінуси в єдиному апараті непросто. Пол Єременко, головний технічний директор Airbus, каже, що вузькофюзеляжний гібридно-електричний авіалайнер буде «безпечним, ефективним та економним». Доктор Кумар із Zunum готовий піти ще далі й назвати конкретні цифри. Для авіаперевізників важливий показник — вартість наявної пасажиро-милі (CASM). Її обчислюють діленням операційних затрат на місткість (кількість місць у літаку, помножена на кілометраж польоту). У Zunum заявляють, що в їхньому літаку вартість пасажиро-милі дорівнюватиме 8 центам. Консалтингова компанія Oliver Wyman вважає, що для американських авіаліній вона в середньому дорівнювала 11 центів у 2016-му.
Як і електромобілі, електролітаки матимуть ще деякі інші переваги, які не так просто виразити цифрами. Вони будуть тихішими від реактивних літаків, що привабливо для аеропортів, розташованих поблизу великих міст. А також екологічно чистішими, і цей показник поліпшуватиметься, якщо більше електроенергії вироблятиметься з низьковуглецевих носіїв. Скептики сумніваються, що проблему ваги вдасться вирішити належним чином; циніки підозрюють, що ці проекти робляться лише заради піару. Але мало хто передбачав темпи електрифікації в інших галузях. Якщо електролітак зможе запропонувати швидші й водночас дешевші рейси в обхід переповнених вузлових аеропортів, то авіапасажири будуть такій конкуренції лише раді.
© 2011 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved
Переклад з оригіналу здійснено «Українським тижнем», оригінал статті опубліковано на www.economist.com