Может ли водород решить топливные проблемы авиации? До этого еще далеко.

Полностью заправленный топливом Boeing 787-10 Dreamliner может пролететь около 8 000 миль, перевозя 300 или около того пассажиров и их багаж. Аккумулятор с энергией, эквивалентной энергии этого топлива, будет весить около 6,6 миллионов фунтов. Вот почему - несмотря на экологические преимущества - у нас нет электрических лайнеров на аккумуляторах.

Но авиационные компании, работающие над созданием более чистых самолетов, изучают возможность использования водорода, самого распространенного в мире элемента, для питания как электрических двигателей, так и двигателей внутреннего сгорания - и для того, чтобы сделать авиаперелеты более экологичными.

Самолеты, работающие на водороде, уже летают, хотя в основном в виде небольших экспериментальных самолетов. Тем не менее, эти самолеты помогают проложить путь к авиации с нулевым уровнем выбросов углекислого газа к 2050 году - цели, поставленной многими правительственными и экологическими группами. Но водород не лишен противоречий: На данный момент он дорог, не всегда экологичен, а некоторые говорят, что опасен.

"Существует три способа использования водорода в качестве топлива на борту самолета, - говорит Аманда Симпсон, руководитель отдела экологических инициатив авиастроительной компании Airbus. Водород может быть источником энергии для топливных элементов, похожих на аккумуляторы, в гибридных самолетах или в качестве горючего".

Технологии альтернативного топлива, конечно же, хорошо известны в автомобильном мире. Автомобили, сжигающие альтернативное топливо - помните дизели, переоборудованные для сжигания отработанного масла для фритюра? - существуют с первых дней существования безлошадных экипажей. А гибридные газовые и электрические автомобили, такие как Toyota Prius, выпускаются с 1997 года. Но только несколько моделей, включая Toyota Mirai и Hyundai Nexo, используют водородные топливные элементы.

Когда Вал Мифтахов основал компанию ZeroAvia для разработки электрических самолетов, он сначала рассматривал возможность использования батарей. Сибирский эмигрант и физик, его предыдущий стартап переоборудовал бензиновые автомобили в электрические, а затем внедрил улучшенную систему зарядки. Но батареи могут выдержать только самые короткие экскурсии, например, тренировочные полеты. "Там, где миссия длится час, батареи могут сработать", - сказал он. Существуют также тренажеры на аккумуляторах, например, Pipistrel Alfa Electro, который заявляет о часовом времени полета.

Вместо этого ZeroAvia выбрала топливные элементы, которые, по сути, являются химической батареей, в которой вместо увесистых ионов лития используется более легкий, чем воздух, водород. Водород отличается своей энергетической плотностью - количеством энергии на килограмм - которая примерно в три раза выше, чем у авиационного топлива. Побочным продуктом сжигания водорода является вода. Водород можно получать из воды и возобновляемых источников энергии, хотя в настоящее время в основном его производят из природного газа, который не является особо экологичным.

Г-н Мифтахов признал, что контейнеры для хранения водорода, которые обычно предназначены для наземного транспорта, не подходят для самолетов. "Нам нужно сосредоточиться на снижении веса", - сказал он, - "У нас есть несколько довольно низко висящих плодов".

В отличие от электрических батарей, водородные топливные элементы можно зарядить за несколько минут, но заправочных станций не хватает, и их строительство потребует огромных затрат.

Эта проблема не так важна для гибридных самолетов, которые используют комбинацию электричества и энергии внутреннего сгорания, говорит Пэт Андерсон, профессор аэрокосмической инженерии в Аэронавтическом университете Эмбри-Риддл. "Он может подъехать к топливному насосу, который существует сегодня, и заправиться", - сказал он.

Студенты г-на Андерсона использовали гибридную систему на конкурсе экологических полетов в 2011 году. Они не победили, но это помогло г-ну Андерсону убедить его в достоинствах гибридных двигателей, которые он теперь создает в VerdeGo Aero, компании из Флориды, исполнительным председателем которой является Эрик Линдберг, член правления Фонда X-Prize и внук Чарльза Линдберга.

Современные гибридные системы могут использовать переменное сочетание электрической энергии и энергии внутреннего сгорания, и даже могут использовать двигатель внутреннего сгорания в качестве электрогенератора в полете. По словам г-на Андерсона, это может обеспечить самолетам большую дальность полета, чем использование только аккумуляторов или топливных элементов.

Независимо от источника энергии, у электрических двигателей есть некоторые преимущества, говорит Рои Ганзарски, возглавляющий две компании: MagniX, которая производит электрические силовые установки для самолетов, и Eviation, которая разрабатывает футуристически выглядящий электрический самолет Alice. Одно из преимуществ - стоимость.

"Самолеты сегодня очень, очень дорогие, и главная причина - это двигатели, - сказал он. Они требуют большого объема технического обслуживания и потребляют много дорогостоящего топлива". "Я могу снизить эксплуатационные расходы этого самолета в среднем на 40-50 процентов", - утверждает он. Это потому, что электродвигатели сравнительно не требуют обслуживания".

Компания Harbour Air, которая называет себя "крупнейшей в мире авиакомпанией гидросамолетов", добивается разрешения на перевозку пассажиров на своем электрическом самолете MagniX de Havilland dhc-2 Beaver. 10-местный самолет Cessna Grand также летал с двигателем MagniX.

Есть вещи, которых электричество не может достичь, например, поднять самолет 787. Но это не значит, что большие самолеты не могут стать "зелеными" или, по крайней мере, более экологичными. Несколько топливоперерабатывающих компаний и авиакомпаний экспериментируют с экологически чистым авиационным топливом, известным как SAF. Это топливо, которое горит так же, как и обычное топливо "Jet A", может быть изготовлено из отходов, таких как использованные кулинарные жиры. Некоторые компании, например, Neste, используют водород при переработке своего топлива SAF.

Хотя организации по авиационной безопасности разрешают коммерческим самолетам использовать топливо, содержащее 50 или менее процентов SAF, в ходе демонстраций существующие самолеты сжигали 100-процентное SAF, "и двигатели очень довольны им", - сказала г-жа Симпсон из Airbus.

Но SAF может рассматриваться как временная мера, так как большие самолеты уже летают, сжигая чистый водород без выбросов. В 1957 году самолет Martin B-57B совершил часть полета, используя водород в качестве топлива. В 1988 году советский авиалайнер ТУ-155 летал только на водородном топливе.

Для сенатора Спарка Мацунаги, демократа с Гавайев, умершего в 1990 году, это была упущенная возможность - такая же значительная, как и советский спутник "Спутник", опередивший Соединенные Штаты в космосе. "Мы снова упустили лодку", - сказал он, - "и мы можем только надеяться, что следующая администрация будет более заинтересована в водороде, чем эта".

Любое упоминание о водородных самолетах означает обращение к цеппелину в комнате. Хотя водород использовался в воздухоплавании с 1783 года, его авиационное будущее померкло 6 мая 1937 года, когда цеппелин "Гинденбург" очень публично сгорел в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, унеся жизни 36 человек. До сих пор спорят, было ли пламя, увековеченное на радио и в кинохронике (и на обложке альбома Led Zeppelin), вызвано в основном водородом или зажигательной краской, использованной на тканевой обшивке дирижабля. Независимо от этого, ущерб, нанесенный репутации водорода, сохраняется до сих пор.

Совсем недавно компания ZeroAvia столкнулась со сценарием "плохие новости/хорошие новости", когда в апреле прошлого года ее самолет Piper Malibu Mirage M350, работающий на водородных топливных элементах, совершил аварийную посадку. Хорошей новостью было то, что никто не пострадал, несмотря на то, что самолет потерял крыло. Еще лучше то, что не было ни утечки топлива, ни горячего двигателя, который мог бы его воспламенить, не было пожара, подобного Гинденбургу.

"Сама водородная система выдержала все на отлично", - сказал г-н Мифтахов. "Спасатели сказали, что если бы это был самолет на ископаемом топливе, то был бы сильный пожар".

Но главным аргументом против водорода была не безопасность, а стоимость. Хотя "зеленый" водород можно производить из воды и возобновляемых источников энергии, в настоящее время в основном производится так называемый "серый водород" из ископаемого топлива, который не намного чище, чем само сжигание этого топлива.

Сторонники водорода говорят, что технологические усовершенствования и более масштабные установки могут снизить стоимость до 1 доллара за килограмм, то есть до уровня, при котором он станет конкурентоспособным по сравнению с ископаемым топливом. В рамках инициативы администрации Байдена "Earthshots" предлагается инвестировать 400 миллионов долларов в 2022 году, чтобы достичь отметки в 1 доллар за килограмм в течение 10 лет.

Сторонники водородной энергетики, такие как г-н Ганзарски, утверждают, что хотя производство зеленого водорода может быть изначально дорогостоящим, стоимость отказа от водородных самолетов может быть выше. Он с некоторым преуменьшением сказал: "Выбросы вредят нашему здоровью".