Biopaliwa, a może ciekły wodór - jaka przyszłość czeka lotnictwo

Ludzie latają coraz więcej, coraz cześciej, buduje się nowe lotniska - nawet jeśli na razie tylko w myślach i nie do końca przemyślanych lokalizacjach, to nie pozostaje to bez wpływu na nasze środowisko. Mieszkający blisko lotnisk narzekają na hałas, czasem także dyskutują na temat zrzutów paliwa przez lądujące samoloty, ale to nie koniec.

W trakcie lotu, opuszczające dysze samolotów gorące powietrze zawierające aerozole, między innymi sadzę, w zetknięciu z zimnym powietrzem na dużej wysokości, tworzy chmury typu cirrus (z zamarzniętymi kryształkami lodu) zwane smugami kondensacyjnymi.

Zwykle znikają one po kilku minutach, ale mogą unosić się dużo dłużej. Wydają się nieszkodliwe, ale w rzeczywistości mogą zaburzać ziemski klimat (nie należy tego jednak mylić z ideą chemitrails). Dlatego zmniejszenie emisji dwutlenku węgla przez samoloty i ogólnie obniżenie zużycia paliwa jest w jak największym interesie nas wszystkich.

Czyste niebo 2 - kolejny etap programu unijnego

UE realizuje już od prawie dekady w życie program Czyste Niebo, którego celem jest obniżenie stopnia emisji gazów cieplarnianych, obniżenie zużycia paliwa i zmniejszenie poziomu hałasu. Ten ostatni czynnik jest bardzo istotny i to nie tylko w przypadku lotnisk znajdujących się blisko terenów zabudowanych.

Poprzednia faza miała budżet 1,4 miliarda dolarów, a jej podsumowanie, na którym padnie miejmy nadzieję odpowiedź na pytanie „czy się nam udało?” będzie miało miejsce podczas konferencji w nadchodzącym tygodniu. Pytanie bardzo istotne.

W ramach Czystego Nieba (podsumowanie osiągnięć na tej liście) zrealizowano kilka projektów, które pokazały jak wprowadzać drobne usprawnienia w poszczególnych elementach samolotu - silnikach, kabinie załogi, stworzono nawet eksperymentalną wersję samolotu ATR 72, z elektrycznym zasilaniem. To jednak wszystko ciągle projekty, które podsumowuje się słowami „spodziewane korzyści”, a nie „osiągnięte korzyści”.

Kolejna faza o nazwie Czyste Niebo 2 to 4 miliardy euro budżetu. Program realizowany przy współpracy kilkuset firm z całej Europy (w tym 16 z Polski). Nie ma jeszcze zatwierdzonej listy projektów. Dlatego trudno przewidzieć, czy Czyste Niebo 2 faktycznie przyniesie zauważalne korzyści (planowane jest 30% zmniejszenie emisji dwutlenku węgla i ograniczenie hałasu w porównaniu z 2014 rokiem w podobnym stopniu), czy skończy się tylko na czymś w stylu rozbudowanego Think Tanku.

Tymczasem holenderskie linie lotnicze KLM testują w lotach na terenie Europy (pomiędzy Amsterdamem, a Paryżem), a także trasie przez Atlantyk, samoloty, które wykorzystują paliwo wytworzone ze zużytego oleju kuchennego. Stosowanie biopaliw może przynieść jeszcze większe korzyści niż zakłada program Czyste Niebo 2. Potwierdzają to między innymi…

…testy NASA, w których testowano biopaliwa na bazie oleju lnianego

Nie chodzi tu tylko o sam fakt, że NASA wepchnęło się do programu związanego z oszczędnym transportem lotniczym. A o faktyczne eksperymenty, które dały realne wyniki pozwalające nie tylko teoretyzować, ale i oczekiwać 50-70% obniżenia emisji szkodliwych substancji.

Testy biopaliw, foto: National Research Council of Canada

W testach porównywano zużycie paliwa w przypadku stosowania tradycyjnego paliwa lotniczego oraz mieszanki pół na pół (objętościowo) tegoż paliwa z biopaliwem bazującym na oleju lnianym. Dodatkowe samoloty lecące w różnych odległościach od samolotu testującego paliwo (zmodyfikowana wersja DC-8) pomogły w analizie emisji spalin i tworzących się za samolotem smug kondensacyjnych.

NASA chce wykorzystać biopaliwa w tworzonym przez Lockheed naddźwiękowym X-plane, który powstaje w ramach projektu Quiet Supersonic Technology (QueSST).

Tenże samolot ma wykorzystać konstrukcję, w której silnik umieszczony jest w tylnej części kadłuba. Tak by zasysać powietrze z warstwy granicznej znajdującej się ponad kadłubem, co wpływa na zmniejszenie oporu, ostatecznie przekładając się na jeszcze mniejsze zużycie paliwa. Samoloty o takich konstrukcjach, choć nie nowatorskie z założeniu, są obecnie w polu zainteresować inżynierów nie tylko w NASA.

Samochody na baterie, a samoloty na ciekły wodór

Nie tylko biopaliwa są rozważane jako alternatywa dla paliw kopalnych. Profesor Jo Hermans z uniwersytetu w Leidzie, twierdzi że o ile w przypadku motoryzacji przyszłością są pojazdy elektryczne, to dla lotnictwa nadzieją jest paliwo wodorowe. A ściślej rzecz biorąc ciekły wodór, a nie ogniwa wodorowe.

Ciekły wodór jest co prawda trudny w produkcji, lecz lżejszy niż kerozyna (a im samolot lżejszy tym lepiej), a przy zachowaniu odpowiednich środków ostrożności (w lotnictwie te i tak muszą być spełnione) nie jest też bardziej niebezpieczny w transporcie i stosowaniu.

W trakcie lotu niskie temperatury zewnętrzne działają dodatkowo na korzyść w przypadku samolotu napędzanego ciekłym wodorem zmniejszając ewentualne straty w porównaniu ze stratami jakie występują w przypadku samochodów wodorowych. Modyfikacja silników lotniczych by przystosować je do nowego typu paliwa, w tym przypadku nie byłaby trudna.

Elektryczne pojazdy latające być może mają przyszłość, szczególnie że tego typu pojazdy zdaniem Hermansa najbardziej wpisują się w schemat zerowej emisji spalin (z pojazdów oczywiście). Jednak w przypadku dużych maszyn, takich jak samoloty rejsowe, ciekły wodór wydaje się dużo lepszym rozwiązaniem.

Jak zachęcić do zmian, które mogą przynieść korzyść?

To bardzo ważna kwestia, gdyż doświadczenie uczy nas, że ludzie niechętnie zmieniają swoje przyzwyczajenia jeśli wymaga to inwestycji. Czy to czasu potrzebnego na opanowanie nowej umiejętności czy koniecznych nakładów finansowych. Podobnie przedsiębiorstwa transportowe kalkulują swoje zyski i często okazuje się, że stosowanie starych, mniej zdrowych, ale w ostatecznym bilansie tańszych paliw, jest dla nich korzystniejsze. Korzystniejsze dla tabelek w księgowości, choć niekoniecznie korzystnych dla przyrody, a także ludzi.

Jak zatem przekonać do inwestycji, które niechybnie będą konieczne, by przerzucić się z nie ekologicznych paliw na te bardziej przyjazne dla środowiska i w dłuższej perspektywie efektywniejszych. Niskie ceny obecnie stosowanych paliw kopalnych (a na złość ciągle odkrywamy nowe bogate ich złoża), utrudniają przejście na inne paliwa, które będą droższe, choćby ze względu na fakt iż początkowo nie będą powszechnie wykorzystywane. To tak jak z pamięciami flash. Obecnie ich cena jest tak niska, że wyższe ceny utrzymują się z kompletnie innych powodów.

Samoloty, a może jednak Hyperloop

Ale jak podnieść cenę paliw kopalnych bez narażenia się na niezadowolenie? Czy dotowanie alternatywnych źródeł energii będzie wystarczająco efektywnym działaniem? A może trzeba byłoby wprowadzić podatki od „bycia nie ekologicznym” jak sugeruje profesor Hermans? A może problem leży kompletnie gdzie indziej? Odpowiedź na te pytania zależy od tego jak rzetelnie opinia publiczna jest informowana z zaleta lub wadach danej technologii.

Źródło: NASA, ClearSky, Airbus, KLM, Inf. własna