Esame ant kardinalių permainų slenksčio: vandeniliniai skrydžiai – vis arčiau realybės (Video)

Praėjusio amžiaus šeštojo dešimtmečio Floridos pelkėse vietinių aligatorių ramybę kartkartėmis sudrumsdavo garsus riaumojimas. Griežčiausio slaptumo sąlygomis aerokosminės kompanijos Pratt&Whitney inžinieriai tikrino naujo tipo variklį, varomą keista medžiaga, kuri atrodė tiekiama iš greta esančio Apix miestelio trąšų gamyklos.

Iš tiesų miestelis tebuvo pavadinimas žemėlapyje, o trąšų gamykla – apgaulė, turėjusi suklaidinti rusus. Visai tai buvo Suntan projektas, JAV oro pajėgų pastangos sukurti vandeniliu varomą lėktuvą. Jis beveik pavyko. Varikliai veikė sėkmingai, tačiau vandenilio kaupimas ir tiekimas pasirodė esantys pernelyg brangūs, kad gamyba būtų tęsiama.

Suntan buvo tik pirmas iš virtinės nesėkmingų bandymų panaudoti vandenilį kaip kurą sunkesniems už orą skraidymo aparatams. Pagunda didelė – kilograme vandenilio energijos yra tris kartus daugiau, nei kilograme žibalo, standartino aviacinio kuro, o lengvumas aviacijoje itin vertinamas.

Tupolevas tuometinėje Sovietų sąjungoje bandė tai atlikti devintajame dešimtmetyje. Boeingas bandė pirmajame jau šio amžiaus dešimtmetyje. Mažas demonstracinis modelis skrido Vokietijoje. Bet vandenilinė aviacija, kaip sakoma, nepakilo.

Nors vandenilis lengvas, tačiau užima daug vietos, tad lėktuve jį kaupti nepatogu. Jis turi būti arba suspaustas, arba paverstas skysčiu, o abu šie variantai turi savo minusų. Lyg to dar nebūtų gana, nėra įrengtos vandenilio išgavimo ir paskirstymo infrastruktūros.

Šį kartą bus kitaip

Tačiau reikalai keičiasi. Aviacija spaudžiama mažinti anglies dvideginio emisijas, deginant mažiau žibalo. Rimtėja kalbos apie vandenilio išgavimo ir pristatymo infrastruktūrą kitiems tikslams, tarkime, namų šildymui ar antžeminiam transportui, kas reiškia, kad vandenilis gali tapti plataus vartojimo, o ne specialiai gaminama preke. Taigi, pranašumo svarstyklių lėkštelė gali pajudėti. Nenuostabu, kad keli drąsuoliai vėl įdėmiai žvelgia į vandeniliu varomų skrydžių idėją.

Suntan projektas vandenilį naudojo taip pat kaip žibalą — kurti karštį, varantį reaktyvinį variklį. Tai yra vienas būdas. Bet daug lėktuvų varomi propeleriais, o propelerius gali sukti elektros varikliai. Naudojant dabar naują galią įgaunančią XIX amžiaus technologiją – kuro elementus, – galima vandeniliu kurti elektrą.

Šiuo taku pasuko Britanijos pietuose, Cranfielde įsikūrusi ZeroAvia. Rugsėjį ZeroAvia inžinieriai pademonstravo šešiavietį kuro elementais varomą lėktuvą, galėjusį pakilti, apsukti du ratus apie oro uostą ir nusileisti. Tas lėktuvas yra modifikuotas Piper M-class — vienpropelerinis orlaivis, įprastai varomas stūmokliniu VDV. Inžinieriai pakeitė jį elektros motoru, sumontavo kuro elementų bateriją ir kelis bakus su vandeniliu.

ZeroAvia vadovas Val Miftakhov, tikisi išvysti šį demonstracinį lėktuvą įveikiant 400 km kelionę gruodį, po kurio seks ilgesnė kelionė iš Britanijos šiaurėje esančio Orkney archipelago pavasarį. (Orkney valdžią domina tokie „žiogai“, galintys skrydžiais sujungti archipelago salas.) Be to šiais metais planuoja pristatyti ir 20 vietų modelį. Sertifikavimas komerciniams skrydžiams galėtų įvykti 2023 metais.

ZeroAvia ant kulnų mina H2Fly, Vokietijos aeronautikos tyrimų centro DLR padalinys. Ši firma 2016 metais sumontavo kuro elementus motorizuotam Pipistrel sklandytuvui, išsilaikiusiam ore 15 minučių. Planuojama tokį būdą netrukus pritaikyti ir išbandyti su serijine propelerinio skraidymo aparato versija. Tuo tarpu Amerikoje elektros motorų gamintojas magniX paskelbė apie planus bendradarbiaujant su Los Angelese įsikūrusia firma Universal Hydrogen, 40 vietų de Havilland Canada Dash 8-300 perdaryti skrydžiams su kuro elementais. Jie viliasi projektą užbaigti iki 2025 m.

Iš principo toks būdas atrodo veikiantis. Tačiau praktikoje jiems teks konkuruoti su elektriniais orlaiviais, energiją imančiais iš baterijų. Gegužę JAV firma Aero TEC pertvarkytą naudoti energiją iš baterijų, skraidino Vašingtono valstijoje. Praėjusį gruodį, magniX kartu su Kanados kompanija Harbour Air, skraidino konvertuotą de Havilland hidroplaną Britų Kolumbijoje. Dabar šios dvi firmos rengia šį elektrinį lėktuvą sertifikavimui. Kelios ambicingesnės kompanijos, tokios, kaip Izraelio Eviation, bando elektrinį lėktuvą sukurti iš pagrindų, o ne konvertuoti egzistuojančius aparatus.

Baterijos nepridedamos

Tačiau kuro elementų šalininkai tikina šių pranašumu, nes elementai ir jų kuras siūlo kur kas didesnį energijos tankį nei baterijos. „Baterijos išties suteikia pagreitėjimą, Bet nuotolio jos pasiūlyti negali,” sako Robert Steinberger-Wilckens, Birminghamo universiteto chemijos inžinierius. Baterijų technologija tobulėja, bet norint, kad būtų įmanoma tolėliau nugabenti keleivius ar krovinius, reikės didelio proveržio.

Elektros šaltinių – baterijų ar kuro elementų – montavimas į egzistuojančius orlaivius yra pradžia. Bet toks varos būdo pokytis gali lemti geroką paties orlaivio pertvarkymą, tokį, kaip Eviation planuoja savo produktui, Alice. Šiame aparate yra trys atgal nugręžti propeleriai.

Nors kadaise tokie atgal nugręžti propeleriai buvo populiarūs, jau kelis dešimtmečius jų mada praėjo. Elektra varomus vertikaliai kylančius ir nusileidžiančius orlaivius — keleiviniai dronai kartais vadinami asmeninio transporto ateitimi — taip pat varo daug mažesnių elektros motorų, tad kuro elementais išgaunama vandenilio teikiama galia jiems pritinka.

Didesnių mašinų problemos irgi didesnės. Kylant ir leidžiantis, joms reikia gerokai daugiau galios, negu skriejant kreiseriniu greičiu, o baterijos ir kuro elementai tokią galią kol kas gali suteikti tik mažiems orlaiviams. Jei didesni būtų varomi vandeniliu, reikės sugrįžti prie Suntan projekto, kad bent dalis šio darbo būtų atliekama, turbininiuose varikliuose vandenilio dujas deginant.

Dabar tokį būdą bando pritaikyti Airbus, Europos firma, kartu su JAV kompanija Boeing dominuojanti didelių keleivinių lainerių rinkoje. Rugsėjį Airbus atskleidė ZEROe projektą, vystantį tris vandenilio kuro koncepcijas. Nors tai yra vienos keleivių eilės, nedideliam nuotoliui skirti modeliai, jie yra žingsnis nuo vien kuro elementais varomų lėktuvų.

Visuose trijuose modeliuose apjungiamos dvi vandenilio panaudojimo technologijos – vandenilį deginantys turbininiai varikliai pakilimui ir kuro elementai kreiseriniam skrydžiui. Viena iš koncepcijų yra iki 100 keleivių gabenantis turbopropelerinis lėktuvas, galintis nuskrieti iki 2 000 km. Didesnė turboventiliatorinė versija galėtų dvigubai toliau nugabenti dvigubai daugiau keleivių. Trečioji koncepcija labiau eksperimentinė: „susiliejančio sparno” modelis, kur fiuzelažas ir nešančiosios plokštumos yra tos pačios trikampės aerodinaminės struktūros dalys. Tokio komponavimo privalumas – papildoma talpa vandeniliui.

Tačiau vandenilio naudojimo iššūkis – ne vien forma. Turbininio variklio pritaikymas vandenilio deginimui irgi ne vieno milijardo pareikalausiantis užsiėmimas. Vandenilis dega greičiau ir karščiau už žibalą, tad degimo veikiamos medžiagas patiria didesnį stresą. Be to, toks kuras gali padidinti taršą azoto oksidais, kas iš dalies panaikina vandenilio deginimo pranašumus. Be to, būtų naudinga įdarbinti dalį vandenilio suspaudimui ar suskystinimui panaudotos energijos.

Kelis ateinančius metus Airbus dėmesį sutelks kuro elementų ir vandeniliu varomų turbinų technologijų vystymui, o lygiagrečiai kurs ateities orlaivius. Jei pavyks antžeminiai bandymai, firma tikisi, kad skraidantys demonstratoriai — kuriuos Airbus viceprezidentas nulinių emisijų orlaivių klausimu, Glenn Llewellyn, vadina skraidančiomis bandymų aikštelėmis  — pakils iki 2025 metų. Tikro dydžio prototipas turėtų būti pagamintas iki dešimtmečio pabaigos, o pirmasis nulinės emisijos komercinis laineris tyrėtų stoti tarnybon iki 2035. Kas tokiems lėktuvams tieks variklius, dar nėra aišku. Bet dažnai su Airbus bendradarbiaujantis Prancūzijos variklių gamintojas Safran patvirtino, besidomintis vandenilio galios panaudojimu komerciniams orlaiviams.

Iš Boeing panašių žinių kol kas negirdėti. Geografinė atskirtis gali būti neatsitiktinė – ES, kaip ir išstojusios kaip ir Britanijos, kur yra kelios su Airbus susijusios įmonės, politika užtikrintai pasuko į žalią pusę. ES politika pagrįsta tikrais pinigais tokio tipo tyrimams pagal sąjungos Clean Sky 2 programą.

Tokia parama – moralinė ar finansinė – Amerikoje nesiūloma pastaruosius ketverius metus. Tačiau išrinktojo prezidento Joe Bideno administracija su Europa aplinkosauginiais klausimais, panašu, sutaria. Ir ši nauja kryptis tikėtina, kaip ir Europoje, bus palaikyta biudžeto pinigais. Negana to, palikdama vandenilinę aviaciją Airbus, Boeing stipriai rizikuotų. Jei technologija bus sėkminga, tai galėtų reikšti svarbios rinkos dalies praradimą — o to ji tikrai negali sau leisti.

www.economist.com