Новости

Биотопливо в авиации. Эко-мода или необходимость?

Когда говорят об использовании биотоплива в авиации, речь не ведется о полной переходе на него. Планируется проводить замещение на «зеленый» аналог постепенно

Из многих исследований стало понятно, что биотопливо содержит избыточный кислород. Таким образом, теплотворная способность (плотность энергии) становится немного ниже по сравнению с обычным реактивным топливом. На основе этих данных разрабатывается технология для дальнейшей обработки такого вида биотоплива, чтобы сделать его авиационным.

Когда говорят об использовании биотоплива в авиации, речь не ведется о полной переходе на него. Планируется проводить замещение на «зеленый» аналог постепенно. Для начала процесс будет заключаться в смешивании двух видов топлива, например, 10% или 20% биотоплива к обычному авиакеросину. Это дало бы снижение выбросов CO2.

Заменить керосин

Украинские военно-транспортные самолеты Ан-32, которые стоят на вооружении ВВС Индии, получили сертификацию для полетов с использованием биотоплива. К 2024 году ВВС Индии намерены сократить потребление авиакеросина на 4 млрд долл США, в связи чем планируется широкий переход на биотопливо. Был успешно проведен полет двухдвигательного транспортного самолета Ан-32 с топливом, 10 % которого составляли биокомпоненты. В пятницу самолет приземлился на базе Лех на границе с Китаем (горный аэродром находится на высоте 3524 м над уровнем моря).

Биотопливо, используемое в двигателе, было впервые произведено финансируемой государством лабораторией CSIR-IIP в Дехрадуне в 2013 году. Лаборатория будет производить биотопливо из древесных масел, полученных от фермеров. Также планируется использовать топливо, смешанное с этанолом. Подсчитано, что ВВС страны потребляют около одного миллиарда литров авиакеросина.

Впервые биотопливо использовалось в авиации в 2008 году. Это была авиакомпания Virgin Atlantic, смешавшая 20% биотоплива с обычным топливом. За прошедшие годы еще несколько компаний тестировали эту технологию (Air New Zealand, KLM), но самые последние достижения в этой области за китайской авиакомпанией Hainan Airlines, которая в 2017 году использовала отработанное растительное масло в смеси с обычным реактивным топливом для полета из Китая в США.

Можно ли сомневаться в исследованиях NASA?

Специалисты NASA совместно с исследователями из Германии и Канады провели исследование экологичности авиационного биотоплива и пришли к выводу, что его использование на самолетах позволяет сократить объемы вредных выбросов на 50-70%. Согласно сообщению агентства, исследования проводились в 2013-2014 годах на базе Летно-исследовательского центра имени Армстронга, а результаты анализа полученных результатов стали доступны только сейчас.

Считается, что авиаперевозки наносят существенный вред экологической обстановке. По данным исследовательской организации ATAG, в 2015 году объем выбросов только лишь углекислого газа самолетами по всему миру составил 781 миллион тонн. Кроме того, конденсационные следы, оставляемые самолетами в полете, периодически преобразуются в особый вид долгоживущих облаков, которые в естественных условиях не формируются. Предположительно, и выбросы углекислого газа, и такие облака провоцируют глобальное потепление.

Читайте также  Большая экспозиция «Малой авиации» на МАКС

В своем исследовании NASA использовало модифицированный авиалайнер DC-8. Этот самолет выполнял полеты на высоте 12,2 тысячи метров. Его заправляли смесью обычного авиационного топлива и биотоплива, изготовленного из гидроочищенных спиртов и жирных кислот, полученных при переработке рыжика. Каждого вида топлива в смеси было поровну. В полете DC-8 сопровождали три исследовательских самолета, которые летели за ним, то приближаясь на расстояние 90 метров, то отдаляясь на 32 километра. Эти самолеты проводили замеры выбросов DC-8.

Согласно полученным данным замеров выяснилось, что в зависимости от режима работы реактивных двигателей DC-8 объем выбросов вредных веществ и сажи был ниже на 50-70%. Это в свою очередь приводило к меньшему образованию конденсационных следов. Одной из причин появления последних является выброс твердых частиц, образующихся при сгорании топлива. Эти частицы служат центрами кристаллизации в насыщенном парами переохлажденной воды воздухе.

Три поколения биотоплива

Биотопливо первого поколения уже несколько лет используется, помимо аэронавтики, таких областях, как транспорт, отопление и производство электрической энергии. Это биотопливо первого поколения добывается в основном из пищевых продуктов. Можно выделить несколько классов, включая «масла» (подсолнечник, рапс), «алкоголь» (сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница и т. д.), «газ» (метан, образующийся из твердых отходов из воды, навоз и бытовые отходы) и, наконец, «древесный уголь». Большая часть этого сырья поступает из пищевых ресурсов.

Биотопливо второго поколения происходит из новых, чисто энергетических источников, не используемых в пищевой промышленности. Они сделаны из дерева (лигнит и целлюлоза), превращены в газ или спирт, из водорослей, несъедобных растений или из масличных масличных деревьев, которые также используются для борьбы с опустыниванием

Биотопливо третьего поколения добывается из водорослей (также называемых водорослевым топливом). Этот объект все еще находится в стадии исследования. Некоторые ученые утверждают, что эти микроводоросли могут быть в 30-100 раз более эффективны при добыче нефти, чем наземные маслянистые растения.

В области авиации сегодня используется биотопливо второго поколения. Первый испытательный полет был выполнен в 2008 году на Boeing 747. Один из четырех двигателей этого самолета был снабжен смесью 50/50 керосина и биотоплива, полученного из класса «масло». Смесь не влияла отрицательно на работу двигателя — она ​​даже показала снижение потребления от 1% до 2%.

Цифры

По некоторым данным, в денежном эквиваленте, доля грузовых перевозок в мире составляет порядка 430 млрд. долларов, а перевозка пассажиров, то есть туризм по большей части, приближается к триллиону долларов.

Что сегодня требуется от двигателя самолета? Первое — это тяговая эффективность, второе — экономичность (иной раз и наоборот), и при всем этом неплохо бы, чтобы двигатель был экологичен. Турбореактивный двигатель никогда не отличался особо малым потреблением топлива, и это было его основным недостатком.

Читайте также  Американцы перенесли первый полет «тихого» сверхзвукового самолета

Повышение топливной эффективности всегда было одной из приоритетных задач авиационной инженерии. Движки совершенствовались, появились двухконтурные и далее турбовентиляторные двигатели. По сравнению с первыми массовыми пассажирскими реактивными самолетами конца 50-х и 60-х годов современные лайнеры стали экономичнее почти на 70%.

По средним оценкам для основного парка новых самолетов расход топлива составляет порядка 3,0-3,5 литра на одного пассажира на каждые 100 км пути. То есть, в общем-то, эти самолеты по расходу топлива можно в определенном смысле сопоставить с семейным автомобилем.

Доля авиационного транспорта в мировых выбросах СО2 в атмосферу составляет только 2% на сегодняшний день. Однако, это около 650 млн. тонн (общие выбросы составляют примерно 34 млрд. тонн). К тому же, во-первых, эти выбросы производятся по большей части в верхних, наиболее чувствительных к изменениям слоях тропосферы (а также в стратосфере).

Ежегодный прирост интенсивности воздушного движения в мире составляет около 5%, и в связи с этим происходит ежегодное увеличение выбросов СО2 авиацией в атмосферу на 2-3%.

Если такие темпы сохранятся в ближайшем будущем, то к 2050 году мировая доля авиатранспорта из 2-ух процентов перерастет в 3. Для атмосферы в целом это много. И, если принимать во внимание глобальные изменения климата на планете, то вполне понятно, что необходимы меры для уменьшения количества вредных выбросов и повышения экологичности авиационных двигателей.

Гражданская авиация никогда не перейдет на биотопливо?

Использование так называемого альтернативного реактивного топлива – произведенного из растительного сырья – не приведет к сколько-нибудь значительному сокращению выбросов парниковых газов. Об этом свидетельствуют результаты исследования международной организации International Council of Clean Transportation (ICCT).

Во-первых, отмечают эксперты ICCT в своем докладе, совокупные выбросы сельскохозяйственной техники при производстве растительного сырья для альтернативного реактивного топлива сводят на нет эффект от его использования. Во-вторых, поскольку растения специально модифицируются для использования в промышленности, произведенное из этого сырья альтернативное топливо становится более «грязным».

И, наконец, в-третьих, сырья будет просто недостаточно, чтобы покрыть все потребности реактивной авиации, учитывая, что спрос на биотопливо достаточно высок и в других транспортных секторах.

«Оценка динамики производства альтернативного топлива в период до 2050 года показывает, что будет просто невозможно полностью заменить обычное реактивное топливо и добиться снижения выбросов CO2. Предполагаемый спрос на реактивное топливо составит в 2050 году 24-37 ЭДж (эксаджоулей). При этом абсолютный максимум биотоплива, которое будет доступно реактивной гражданской авиации, составит не более 4 ЭДж», — говорится в докладе ICCT.

Читайте также  Пленарная сессия «Перспективы развития отрасли. На пороге перемен» станет центральным событием HeliRussia 2021

Кроме того, стоимость производства альтернативного топлива достаточно высока, отмечает ресурс Clean Technica. И анализ ICCT показывает, что биотопливо с учетом расходов на его доставку потребителю будет неконкурентоспособно по отношению обычному углеводородному.

Главный недостаток биодизеля первого поколения в том, что оно вырабатывается из того же сырья, что и продовольствие. Кроме того, при производстве используется немалое количество пресной воды, вырубаются леса. И того, и другого, и третьего на нашей планете в последнее время имеется немалый дефицит. А поэтому переводить такое жизненно важное сырье на топливо было бы по меньшей мере не умно.

Однако уже биотоплива второго поколения имеют возможность заменить частично или полностью ныне используемые реактивные топлива в авиации без снижения качества и характеристик работы двигателей.

Промежуточные выводы

Более или менее перспективным представляется только создание самолетов с гибридными или полностью электрическими двигателями.

На самом деле, использование биотоплива – это способ сделать авиацию не экологичной, а углеродно-нейтральной. До тех пор, пока не появятся реальные варианты аккумуляторов, окисляемых кислородом воздуха.

Доля авиатоплива в общем потреблении нефтепродуктов составляет порядка 7% или 7 млн. баррелей в день. Если страны ставят целью 100% углеродную нейтральность к 2050-му году, решать эту проблему в такой медлительной отрасли, как авиастроение, надо начинать уже сейчас.

Профессор Chong Cheng Tung из China-UK Low Carbon College описал перспективы развития биотоплива в интервью для Engineers journal:

«В настоящее время производственные мощности авиационного топлива на основе био-добавок в ЕС оцениваются примерно в 2,3 миллиона тонн в год, что соответствует примерно четырем процентам от обычного ископаемого топлива. Вопрос состоит в том, нужно ли модифицировать двигатели, чтобы горение было более чистым, или нужна какая-то модификация топлива, чтобы сгорание было беспроблемным?

Существует много мнений по этому поводу, но мы, конечно, стараемся не модифицировать двигатель, потому что в конечном итоге это будет дорого и не практично. Вы же не хотите иметь топливо с низким КПД, которое горит наполовину и вызывает проблемы при сгорании?

Если сравнивать с обычным ископаемым топливом, то цена биотоплива примерно в два-три раза выше с точки зрения цены, что создает проблему. Потому очевидно, что, если цена высока, промышленность не захочет брать этот вид топлива».

Источник: Наука и техника

Добавить комментарий