Przyszłość transportu lotniczego – w jakim kierunku będzie rozwijać się branża?

1 rok temu

Od wielu lat nasilają się głosy mówiące o nadmiernej eksploatacji planety oraz zwiększającej się ilości produkowanych przez człowieka gazów cieplarnianych, których konsekwencją są coraz gwałtowniej zachodzące zmiany klimatu. W celu spowolnienia tego procesu podejmowane są liczne działania, które obejmują niemalże każdy obszar życia człowieka. Zaczynając od zmian w nawykach żywieniowych, na transporcie kończąc. Jak może zatem wyglądać przyszłość lotnictwa?

Przyszłość lotnictwa – rozwój przy redukcji emisji

To właśnie transport jest jednym z najczęściej poruszanych tematów w debacie publicznej, w kontekście redukcji emisji. Szczególnie widoczne przemiany są w przemyśle samochodowym, gdzie wprowadza się na coraz szerszą skalę samochody z napędem elektrycznym czy wodorowym. Ewolucja, chociaż wolniej, zachodzi także w transporcie lotniczym. Dotyczy to praktycznie wszystkich rodzajów statków powietrznych.

„Małe lotnictwo”

W odpowiedzi na rosnące wymagania „małego lotnictwa” powstał pierwszy na świecie seryjnie produkowany dwumiejscowy samolot ultralekki o napędzie elektrycznym (masa startowa nie większa niż 495kg) – Pipistrel Alpha Electro. Wyposażony jest w silnik elektryczny o mocy 60kW oraz 6 akumulatorów litowo-polimerowych, których łączna pojemność wynosi 21kWh. Pozwala to na wykonanie godzinnego lotu na dystansie 150 km. Ponadto samolot posiada specjalny system odzyskiwania energii Battery Management System, który podczas zniżania i wiatrakowania śmigła potrafi odzyskać choćby 13% energii. Głównym jego przeznaczeniem, jak podkreśla producent, jest sprostanie potrzebom ośrodków szkolenia lotniczego. Dzięki niskim kosztom eksploatacyjnym pozwala na zmniejszenie kosztów pierwszej fazy szkolenia o 70%.

Fot. 1. Samolot Pipestrel Electro Alpha – pierwszy seryjnie produkowany ultralekki samolot elektryczny.

Alternatywą dla ultralekkiego samolotu elektrycznego jest planowany pierwszy helikopter napędzany wodorem. W 2022 roku firma Piasecki Aircraft Corp. i EDM Aerotec podpisały umowę, która dotyczy opracowania pierwszego helikoptera na wodór. Będzie nim specjalnie zmodyfikowany dwuosobowy CoAX-2D. Ma on wykorzystywać wysokotemperaturowe ogniwo paliwowe HyPoint z membraną do wymiany protonów o mocy 80kW. Przerobiona konstrukcja będzie się dodatkowo składać z akumulatora, zbiornika na wodór, falownika, silnika elektrycznego, komputera pokładowego, czterech wentylatorów chłodzących oraz zbiornika na tlen. Zdaniem właściciela Piasecki Aircraft Corp. wodorowe ogniwa paliwowe mogą obniżyć koszty operacyjne o 50% względem konwencjonalnych helikopterów.

Fot. 2. Planowane rozmieszczenie elementów niezbędnych do instalacji napędu wodorowego w CoAX-2D.

Fot. 3. CoAX-2D.

Przyszłość lotnictwa to również miejska mobilność powietrzna

W dobie postępującej urbanizacji, rozrastania się miast i związanych z tym negatywnych skutków, powstają wizje miejskiej mobilności powietrznej. Byłoby to świetne rozwiązanie dla zakorkowanych ulic miast, zatłoczonych pojazdów transportu miejskiego oraz zmniejszania emisji gazów cieplarnianych. Pomysł zakłada stworzenie w pełni zrównoważonych, elektrycznych bezzałogowych statków powietrznych z możliwością pionowego startu i lądowania (VTOL – vertical take-off and landing), które latałyby na terenie dużych aglomeracji. Taka koncepcja mogłaby wykorzystać wciąż słabo zagospodarowany trzeci wymiar, jakim jest przemieszczanie się w pionie.

Z tego właśnie powodu, w 2017 roku powstała unijna inicjatywa, tworząca społeczność miast i regionów Europy, zwana Urban Air Mobility Initiative Cities. Do jej członków należy m.in. Górnośląska Zagłębiowska Metropolia. w tej chwili analizowane są aspekty legislacyjne i społeczne wprowadzenia bezzałogowych statków powietrznych do ruchu lotniczego. Ponadto, działań mających na celu stworzenie infrastruktury oraz samych statków powietrznych podjęły się korporacje takie, jak Boeing oraz Airbus. Ten ostatni przedstawił prototyp czteromiejscowego VTOL – CityAirbus NextGen. Prototyp dysponuje zasięgiem operacyjnym wynoszącym 80 km oraz prędkością przelotową wynoszącą 120 km/h. Według producenta maszyna doskonale się sprawdzi podczas krótkich operacji lotniczych obejmujących tereny miejskie i podmiejskie. Firma nie zdradza szczegółów dotyczących rodzaju baterii, silników czy choćby płatowca. Poniżej przedstawiono prezentowany przez Aibusa wygląd prototypu.

Fot. 4. Prototyp czteromiejscowego eVTOL służącego do przewozu pasażerów na terenie miast – CityAirbus NextGen.

„Duże lotnictwo”

Nowe rozwiązania techniczne oraz próby udoskonalania statków powietrznych są obecne również w dużym lotnictwie pasażerskim. Do głównych producentów samolotów komunikacyjnych należą Boeing oraz Airbus. To właśnie te dwie firmy stoją na czele transformacji w transporcie pasażerskim. W szczególności firma z Europy może pochwalić się bardzo ambitnymi planami wobec przyszłości lotnictwa komercyjnego. W 2020 roku zaprezentowała trzy koncepcje samolotów pasażerskich napędzanych wodorem, które mają być gotowe do 2035 roku. Wodór będzie spalany w zmodyfikowanych silnikach z turbiną gazową lub przekształcany w energię elektryczną, która będzie uzupełniała turbinę gazową za pośrednictwem ogniw paliwowych. Airbus podkreślił jednak, iż nie przystąpi do budowy, dopóki lotniska nie będą w stanie zapewnić infrastruktury do tankowania wodoru, jak i samego wodoru.

Fot. 5. Trzy modele samolotów napędzanych wodorem proponowanych przez Airbusa.

Turboprop

Pierwszym z nich jest samolot turbośmigłowy napędzany dwoma wodorowymi, turbośmigłowymi silnikami, którego zasięg jest przewidywany na około 1000 mil morskich. Samolot będzie mógł pomieścić na pokładzie do 100 pasażerów i będzie stanowił zeroemisyjny odpowiednik dla Embraera 190.

Blended-wing body

Drugą koncepcją jest nieco futurystyczna wersja samolotu o konstrukcji „blended-wing body”, której ciąg zapewniają dwa hybrydowe, turbowentylatorowe silniki wodorowe. Przewidywany dystans, na jakim będzie mogła latać maszyna, wynosi ponad 2000 mil morskich, przy czym na pokładzie będzie mogło podróżować do 200 pasażerów. Jej głównym atutem jest wyjątkowo szerokie wnętrze umożliwiające przechowywanie oraz dystrybucję wodoru na wiele sposobów. Sprawia ono również, iż będzie można wprowadzić niestosowane dotąd rozmieszczenie foteli pasażerów.

Turbofan

Podobnie jak blended-wing body, Turbofan będzie mógł latać na dystansie ponad 2000 mil morskich oraz przewozić do 200 pasażerów. Będzie napędzany dwoma turbowentylatorowymi silnikami wodorowymi, a system magazynowania i dystrybucji ciekłego wodoru będzie umieszczony za tylną przegrodą ciśnieniową.

Boeing 777X jako przyszłość lotnictwa pasażerskiego

Nieco inną strategię obrał drugi „gigant” przemysłu lotniczego – Boeing. W przeciwieństwie do Airbusa nie zamierza tworzyć nowego, wymagającego odpowiedniej infrastruktury samolotu, ale udoskonalić istniejący. W związku z tym powstał największy dwusilnikowy samolot odrzutowy w historii.

Fot. 6. Boeing 777X podczas lotu pokazowego.

Boeing 777X jest w tej chwili najwydajniejszym samolotem na świecie. Posiada 10% niższe zużycie paliwa oraz emisję CO₂ względem konkurencyjnego Airbusa A350-1000. Może przewieźć od 384 do 426 pasażerów (w zależności od wersji) na dystansie od 13 500 km do choćby 16 170 km. Jego wybitne osiągi są konsekwencją nowych silników oraz poprawionej aerodynamiki.

Fot. 7. Boeing 777X.

Samolot został wyposażony w dwa wysokoprzepływowe silniki turbowentylatorowe firmy General Electric – GE9X. Zmniejszenie grubości oraz liczby łopatek pozytywnie wpłynęło na wydajność aerodynamiczną. Zmaksymalizowało przepływ powietrza i zminimalizowało jego opór. Dodatkowo do budowy komponentów wykorzystano Ceramic Matrix Composites, które ważą 1/3 masy konwencjonalnych części, będąc jednocześnie dwukrotnie mocniejszymi. To sprawia, iż silniki mają znacznie większą trwałość.

Fot. 8. GE9X – silnik napędzający Boeinga 777X.

Przyszłość lotnictwa to również paliwa – syntetyczne oraz bio

Poza alternatywnymi źródłami zasilania samolotów oraz modyfikacjami ich silników rozwijane są również mniej emisyjne zrównoważone paliwa lotnicze (ang. Sustainable Aviation Fuel). Zrównoważone paliwo lotnicze (SAF) to rozwiązanie zmniejszające emisję dwutlenku węgla, które jest dostępne do użytku w samolotach i śmigłowcach. Jest to paliwo typu „drop-in”, zmieszane w 50% z konwencjonalnym paliwem do silników odrzutowych, niewymagające modyfikacji samolotów. W porównaniu z konwencjonalnym paliwem lotniczym SAF może zmniejszyć emisję CO₂ w całym cyklu życia choćby o 80%. Eliminowany jest również tlenek siarki.

Istnieje wiele technologii SAF opartych na różnych źródłach surowców. Biomasa, która jest odnawialnym materiałem organicznym pochodzącym z roślin i zwierząt, oraz różne odpady i pozostałości są najczęstszymi źródłami surowca dla zrównoważonych paliw lotniczych. Obejmują one:

Zużyty tłuszcz, olej i smar
Odpady komunalne
Odpady i pozostałości z rolnictwa i leśnictwa.

Alternatywne źródła syntetyzowane z zielonym wodorem mogą wytwarzać SAF dzięki technologii power-to-liquid (PtL), znanej jako eFuels. To zdecydowanie przyszłość dla lotnictwa. Źródła mogą obejmować wychwycony węgiel (na przykład z technologii bezpośredniego wychwytywania dwutlenku węgla w powietrzu) oraz gazy odlotowe z procesów przemysłowych.

Obecnie przez agencję normalizacyjną ASTM International do produkcji SAF jest certyfikowanych siedem różnych ścieżek. Zrównoważone paliwo lotnicze oparte na ścieżce hydrorafinowanych estrów i kwasów tłuszczowych (HEFA) jest na ten moment jednym z najczęściej używanych i dostępnych na rynku produktów.

Stosunek producentów samolotów oraz linii lotniczych do alternatywnych paliw

W 2022 firma Boeing ogłosiła zawarcie umowy na dostawę 7,5 mln litrów zrównoważonego paliwa lotniczego do zasilania samolotów komercyjnych. Umowa ta jest największym złożonym zamówieniem przez producenta samolotów. Transakcja z EPIC Fuels obejmuje produkt SAF wykonany z niejadalnych odpadów rolniczych, stanowiący mieszankę 30% czystego SAF z 70% konwencjonalnego paliwa do silników odrzutowych. Zakup umożliwi szersze wykorzystanie SAF w produkcji komercyjnej Boeinga, testach, Dreamlifterach i lotach klientów. EPIC Fuels będzie również przez cały czas dostarczać niestandardowe mieszanki od 50/50% do 100% SAF dla programu Boeing ecoDemonstrator, który przyspiesza innowacje poprzez wyjęcie obiecujących technologii z laboratorium i przetestowanie ich w powietrzu.

W 2021 Lufthansa zapowiedziała, iż będzie inwestować w produkcję syntetycznej kerozyny będącej połączeniem wodoru i dwutlenku węgla. Do pozyskania wodoru będzie służyła reakcja elektrolizy zasilana energią elektryczną z odnawialnych źródeł energii, a dwutlenek węgla będzie wychwytywany z biogazowni lub bezpośrednio z powietrza. Firma zobowiązuje się do zakupu przynajmniej 25 000 litrów co rok w okresie pięciu lat. Do pierwszych klientów należą firmy logistyczne: Lufthansa Cargo oraz Kuehne+Nagel.

Najbardziej ruchliwe lotniska cargo w Polsce. Oto krajowe TOP 5!

Idź do oryginalnego materiału