Как Embraer видит будущее своих самолётов с углеродной нейтральностю

Фото © Embraer

Компания Embraer представила концепцию экологически чистых самолётов пассажировместимостью от 9 до 50 кресел, предназначенных для регионального авиасообщения. Семейство под брендом Energia планируется ввести в эксплуатацию в период с 2030 по 2040 годы.

В перспективную линейку входят четыре небольших самолёта с полностью электрическим, гибридным, водородно-электрическим и двухтопливным водородным двигателями с низким уровнем шума и выбросов CO2. В Embraer делают ставку на региональные самолёты, поскольку считают, что технологии достижения углеродной нейтральности в обозримом будущем будут доступны в первую очередь для небольших ближнемагистральных ВС. Сроки ввода в эксплуатацию каждой из представленных концепций зависят от готовности двигателей.

 

Первым в 2030 году планируется ввести в эксплуатацию 9-местный самолёт Energia Hybrid (E9-HE) с гибридно-электрической силовой установкой. Аккумуляторные батареи у этого самолёта будут использоваться для взлёта, а небольшой поршневой дизельный двигатель, работающий на 100-процентном устойчивом авиационном топливе (SAF), обеспечит электроэнергией винтовую силовую установку в крейсерском полёте на дальность до 900 км.

Концепт Energia Hybrid E9-HE / Фото © Embraer

Электродвигатели размещаются в хвостовой части фюзеляжа, обеспечивая чистое крыло с низким лобовым сопротивлением и пониженным уровнем шума. Чтобы упростить управление температурным режимом, электродвигатели будут иметь воздушное охлаждение. Embraer ожидает, что E9-HE за счёт использования SAF на 90% сократит выбросы CO2, а шум уменьшится на 60%.

Следующим в линейке идёт одномоторный 9-местный самолёт Energia Electric (E9-FE) с полностью электрической СУ с нулевым уровнем выбросов. Дальность полёта этой машины небольшая – до 370 км, ввод в эксплуатацию обозначен 2035 годом. В носовой части E9-FE размещены заменяемые батареи для сокращения времени подготовки самолёта к полёту, резервные батареи установлены в задней части фюзеляжа.

Концепт Energia Electric (E9-FE) / Фото © Embraer

По своей аэродинамической схеме Energia Electric – это высокоплан, напоминающий планер. Электродвигатель с вращающейся в противоположных направлениях винтовой парой расположен сверху киля. По утверждению Embraer, такая конфигурация электрической СУ обеспечивает снижение шума на 80%. Такое решение может оказаться ключевым для применения самолёта в небольших городских аэропортах, которые имеют ограничения по шуму.


В Embraer считают, что плотность энергии аккумуляторных батарей должна увеличиться, как минимум, в три раза, чтобы концепт E9-FE был полностью электрическим. «Мы видим, что другие компании говорят о более раннем достижении этих целей. Но мы уверены в своих взглядах на жизнеспособность наших предложений», – заявляют в руководстве Embraer.

Energia H2 Fuel Cell (H19-H2FC) – 19-местный самолёт с дальностью полёта до 370 км планируется оснастить силовой установкой на водородных топливных элементах (LH2). Начало эксплуатации этой машины также намечено на 2035 год. Баки для жидкого водорода расположены в задней части фюзеляжа, а небольшая аккумуляторная батарея обеспечит электродвигатель энергией при переходных режимах работы. Как и у предыдущих моделей серии, два электродвигателя для обеспечения чистого крыла размещены в хвостовой части фюзеляжа. Конструкция самолёта обеспечит нулевые выбросы CO2 и на 70% снизит уровень шума.

Концепт Energia H2 Fuel Cell (H19-H2FC) / Фото © Embraer

Самый крупный из четырёх представленных Embraer концептов – самолёт Energia H2 (E50-H2GT) на 35-50 пассажиров, будет оснащаться силовой установкой, состоящей из двух турбовинтовых двухтопливных двигателей. Ввести его в эксплуатацию планируется к 2040 году.

Концепт Energia H2 Gas Turbine (E50-H2GT) / Фото © Embraer

При полёте на расстояние до 650 км газотурбинные двигатели будут работать на жидком водороде, а для резерва или увеличения дальности до 900 км может быть использовано SAF. Топливные баки размещаются в крыле, а количество необходимого для выполнения полёта LH2 будет адаптировано к конкретным потребностям операторов. При полёте на водороде выбросы CO2 равны нулю. Заднее расположение двигателей обеспечит снижение шума на 60%.

Что касается более крупных самолётов, в компании считают, что в перспективе альтернативы двухтопливной силовой установке нет. Embraer ожидает появление турбовинтовых машин вместимостью от 70 до 90 пассажиров к 2045 году и E-Jet на 100-150 мест – к 2050 году. Учитывая длительные сроки освоения технологий двухтопливных газотурбинных двигателей, сначала нужно применить и опробовать новые технологии к сегменту небольших самолётов, подготовить более крупные ВС для работы на 100% SAF и проанализировать темпы развития рынка водорода в качестве топлива для авиаотрасли.

Пояснения:

SAF - устойчивое авиационное топливо (Sustainable aviation fuel). Авиационное топливо, используемое в самолётах с газотурбинными силовыми установками и ​​сертифицированное как экологически безопасное. Такое топливо имеет низкий углеродный след. Применение SAF позволяет сократить выбросы парниковых газов на 80%.

Существует два типа SAF:

  • синтетическое – получают из диоксида углерода и воды обычно с применением электролиза;
  • биотопливо – получают путём преобразования биомассы из растительных и отработанных масел, животного жира, отходов сельского хозяйства, целлюлозы, водорослей, сырья для производства сахара и крахмала.

В настоящее время наиболее приемлемым для использования в авиаотрасли рассматривается биотопливо второго поколения, которое не конкурирует с продуктами питания и не является основным потребителем высококачественных сельскохозяйственных земель или пресной воды. 50-процентная смесь биотоплива может снизить загрязнение воздуха от воздушных судов на 50–70%.

* * *

Водородный топливный элемент – электрохимический элемент, который преобразует химическую энергию водорода и кислорода в электричество посредством окислительно-восстановительных реакций. Топливные элементы отличаются от большинства батарей тем, что для поддержания химической реакции требуется постоянный источник топлива и кислород, который, как правило берётся из воздуха. В обычной батарее химическая реакция протекает за счёт взаимодействия металлов или оксидов и их ионов, которые уже присутствуют в батарее.

Водородные топливные элементы могут непрерывно вырабатывать электроэнергию до тех пор, пока подаётся водород и кислород. Продуктом работы электродвигателей на водородных топливных элементах является вода.

* * *

Гибридная силовая установка (ГСУ) – применительно к авиаотрасли, представляет собой конструкцию из газотурбинного (часто турбовального) двигателя, генератора электрического тока и электродвигателя с высоким КПД большой мощности. ГСУ можно рассматривать как промежуточную стратегию сокращения выбросов и потребления ископаемого топлива до тех пор, пока не будут разработаны полностью устойчивые коммерческие электрические или водородные самолёты.

ГСУ мощностью 500 кВт на высокотемпературных сверхпроводниках реализована в России и проходит испытания в составе летающей лаборатории Як-40ЛЛ. Демонстрационный полёт состоялся на авиасалоне МАКС-2021.

* * *

Шведская компания Heart Aerospace планирует ввести в эксплуатацию полностью электрический 19-местный самолёт к 2026 году.

Разработчик авиадвигателей с углеродной нейтральностью – компания ZeroAvia готовится в конце текущего года приступить к испытательным полётам на демонстраторе технологий – 19-местном двухмоторном самолёте Dornier 228, оснащённом ГСУ мощностью 600 кВт. ZeroAvia уже работает над разработкой силовой установки на основе водородных топливных элементов.

Источники:

Перевод, сборка и адаптация - «Авиация России»



Отвратительно!ПлохоНи о чёмХорошоОтлично! (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...