PAS23: Promocja elektromobilności – technologia także dla wojska?

Silniki elektryczne, zielona energia oraz ograniczanie emisji gazów cieplarnianych to od kilkunastu lat istotne tematy nie tylko licznych dyskusji i badań, ale także projektów i strategii. W ostatnich latach ten trend przybrał na znaczeniu. W przypadku cywilnego rynku lotniczego tak zwana zeroemisyjność dwutlenku węgla ma zostać osiągnięta do 2050 roku. Tak bowiem przyjęli przedstawiciele 184 państw w ramach Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO, International Civil Aviation Organisation). W ramach kontrowersyjnego programu „Fit for 55" Unia Europejska chce ograniczyć emisję dwutlenku węgla o 55 procent do 2030 roku (w porównaniu z 1990 rokiem). Według badań holenderskich (Royal Netherlands Aerospace Centre i SEO Amsterdam Economics) europejski rynek lotniczy będzie musiał wydać 820 miliardów euro na osiągnięcie zeroemisyjności do 2050 roku.

Różnego rodzaju konstrukcje elektryczne stanowią jeden z głównych wątków tegorocznej imprezy Paris Air Show. Demonstruje się szereg rozwiązań w pierwszej kolejności na potrzeby rynku cywilnego, który jest liderem w szukaniu nowych rozwiązań. Znane są one jako eVTOL, a więc elektryczne pionowzloty. Łącznie według oficjalnych danych na statycznej wystawie znalazło się osiem pionowzlotów i samolotów napędzanych elektrycznie.

Jednym z takich przykładów jest 2X - dwumiejscowa „powietrzna taksówka" niemieckiej firmy Volocopter. Te pionowzloty mają zadebiutować w przyszłym roku, kiedy Paryż gościł będzie XXXIII Letnie Igrzyska Olimpijskie. 2X mają kursować między międzynarodowym portem lotniczym im. Charlesa de Gaulle'a a lotniskiem Le Bourget. Inny producent, działający od 2015 roku Lilium, otrzymał od chińskiej firmy Shenzhen East General Aviation (Heli-Eastern) zamówienie na setkę pionowzlotów Lilium Jet. Mają one operować w rejonie Guangdong-Hong Kong-Makao.

Japońska firma SkyDrive planuje do 2026 roku uzyskać certyfikację swojej konstrukcji o tej samej nazwie. Będzie mogła przewozić do dwóch pasażerów. Maksymalna masa startowa wynosić będzie około 1,4 tony. Ponoć już pojawiły się zamówienia na sto maszyn z Azji i Stanów Zjednoczonych. Z kolei pionowzlot amerykańskiej firmy Archer Aviation ma mieć zasięg do 161 km, a prędkość maksymalna ma wynieść 241 km/h. Inna amerykańska firma w tym sektorze – Wisk Aero (wykupiona w ubiegłym miesiącu przez Boeinga) – przedstawiła swoje rozwiązanie. Deklarowany zasięg ich konstrukcji to 160 km, prędkość natomiast to 222 km/h. Maszyna może przewozić do czterech pasażerów.

Wymiar wojskowy

Chociaż demonstrowane pionowzloty oferowane są jako rozwiązania cywilne to producenci i obecni na Paris Air Show komentatorzy zauważają, iż mają one potencjał wojskowy. Z powodów technicznych jest wysoce prawdopodobne, że napędy elektryczne nie zastąpią w pełni obecnie używanych silników, szczególnie w samolotach bojowych. Niemniej jednak tego rodzaju technologie mogą mieć zastosowanie w sektorze obronnym.

Przykładowo, wspomniany 2X ma być wykorzystywany jako pojazd ewakuacji medycznej. Niemieckie lotnicze pogotowie ratunkowe ADAC Luftrettung ogłosiło podczas Paris Air Show nawiązanie z Volocopterem współpracy. W jej efekcie 150 pionowzlotów VoloCity (handlowa nazwa 2X) ma trafić do służby w ADAC. Testy rozpocząć mają się w drugiej połowie 2023 roku, a maszyna ma uzyskać certyfikację European Union Aviation Safety Agency w 2024 roku.

Inne potencjalne zastosowanie to pionowzloty łącznikowe, transportowe lub rozpoznawcze. Mogą być wykorzystywane również jako maszyny na przykład straży granicznej, która w ten sposób łatwiejszy w obsłudze i tańszy w utrzymaniu środek do przerzucania swych funkcjonariuszy w kluczowe miejsca.

Podczas Paris Air Show francuski start up Beyond Aero (utworzony w grudniu 2020 roku) ogłosił plany wprowadzenia do służby około 2030 roku średniego rozmiaru business jeta, który będzie napędzany silnikiem wodorowym. Maszyna ta, oznaczona jako BYA-I, ma przewozić do czterech pasażerów na dystans do 800 mil morskich z maksymalną prędkością 574 km/h. BYA-I będzie mógł startować z pasów o długości 850 metrów.

Firma zbudowała pomniejszony demonstrator technologii o mocy 85 kW. Rozpoczęto już pracę nad większym silnikiem o mocy 1 MW. W pierwszej fazie BYA-I będzie wykorzystywać zbiorniki z wodorem, które zostaną zamontowane pod kadłubem. W późniejszej fazie producenci będą pobierać wodór ciekły. Co ciekawe, Francuzi planują wykorzystać tak zwany różowy wodór, który powstaje w procesie elektrolizy w elektrowniach jądrowych.

Beyond Aero ogłosiło, że podpisało już listy intencyjne na 72 maszyny. Łącznie ich wartość wynosi 580 milionów dolarów.

Nowe, czyste paliwo

Podczas Paris Air Show istotnym wątkiem – także w kontekście wojskowym – jest tak zwane zrównoważone paliwo lotnicze (SAF, Sustainable Aviation Fuel). Jego opracowanie i wdrożenie aktywnie wspiera chociażby Unia Europejska. Ma ono odegrać „rolę w realizacji wizji uczynienia Europy pierwszym kontynentem neutralnym klimatycznie do 2050 roku". Według wizji Brukseli ma „zauważalnie wpłynąć na zmniejszenie wpływu lotnictwa na środowisko w perspektywie krótko- i średnioterminowej przy wykorzystaniu istniejącej, globalnej floty". Według oficjalnych planów Unii Europejskiej do 2025 roku udział SAF na europejskich lotniskach ma wynosić 2%, by do 2030 roku wzrosnąć do 6%. W 2050 roku ma osiągnąć 70%.

W ramach programu Clean Aviation Unia Europejska przeznaczyła w ramach siedmioletniego programu sumę 4,5 miliarda dolarów na projekty związane z opracowaniem technologii wodorowej na potrzeby lotnictwa. Według twórców raportu Clean Aviation and Clean Hydrogen, około 40 procent wszystkich cywilnych samolotów krótkiego i średniego zasięgu do 2050 roku może być napędzana wodorem.

W Paryżu swoje zeroemisyjne rozwiązania prezentuje także niemiecki producent MTU Aero Engines, który bierze udział między innymi w europejskim projekcie nowego samolotu bojowego. MTU ogłosiło plan opracowania napędu wodorowego na potrzeby małych i średnich samolotów transportowych i pasażerskich. Ma on trafić na komercyjny rynek do 2035 roku. Ich zastosowanie według MTU ma ograniczyć emisję dwutlenku węgla o 95 procent. Bez wątpienia taki napęd będzie mógł być wykorzystywany również przez wojsko. Już teraz praktycznie wszyscy dostawcy silników dla maszyn wojskowych – w tym Pratt & Whitney, Rolls-Royce, EuroJet, czy też CFM International – są zaangażowani w projekty rozwojowe napędów wodorowych.

Podczas pierwszego dnia Paris Air Show brazylijski Embraer podpisał z japońską firmą Nidec umowę o wspólnym projektowaniu i budowie silników elektrycznych na potrzeby pionowzlotów, a z czasem do większych samolotów, w tym do nowego samolotu pasażerskiego/transportowego Embraera.

W najbliższych latach silnik wodorowy ma zostać przetestowany w samolocie pasażerskim/transportowym A380 MSN001. Z kolei Honeywell niedawno wprowadził technologię UOP e-Fining - proces przetwarzania paliwa, który przekształca eMetanol, pochodzący z połączenia dwutlenku węgla z zielonym wodorem, w „zielone paliwo". Amerykańska firma HIF Global chce do 2030 roku produkować 11 tysięcy baryłek tego paliwa dziennie. Działający w tym segmencie koncern Neste chce do 2024 roku zwiększyć produkcję zrównoważonego paliwa lotniczego do 1,5 miliona ton rocznie z obecnego miliona ton rocznie. Z kolei World Energy, które w sierpniu 2022 roku uruchomiło nowe zakłady w amerykańskim Houston, ma zwiększyć produkcję o 9 milionów ton rocznie. Tyleż samo od przyszłego roku ma być produkowane w zakładach w Kalifornii.

Przykładem angażującym wojsko jest chociażby ten dotyczący niemieckiego, dwusilnikowego samolotu pasażerskiego i transportowego Dornier Do 228. Znajduje się on nie tylko w cywilnych liniach pasażerskich, ale także jako maszyna różnego przeznaczenia w siłach zbrojnych kilku państw, w jednostkach policji, straży granicznej, czy też w siłach specjalnych. W styczniu tego roku brytyjsko-amerykańska firma ZeroAvia wykonała 10-minutowy lot Do 228. Maszyna na lewym skrzydle miała napęd wodorowo-elektryczny, a w prawym standardowy silnik Honeywell TPE331.

ZeroAvia planuje wykorzystać napędy tego typu także w samolotach odrzutowych rodziny Bombardier CRJ. W pierwszej kolejności mowa o przystosowaniu cywilnych samolotów CRJ550 i CRJ90, ale tego rodzaju technologie będą mogły być montowane także w maszynach wojskowych małego i średniego rozmiaru. Podkreśla się zalety, które przemawiają również do wojska – nowe napędy mają zmniejszyć koszty użytkowania. To z kolei może zwiększyć liczbę lotów, na które siły powietrzne będzie stać.

Producent napędów Ampaire przetestował swój hybrydowy silnik w samolocie Cessna Grand Caravan. Silnik turbośmigłowy PT6 zastąpiono napędem elektrycznym i bateriami. Maszyna ta jest wykorzystywana zarówno w sektorze cywilnym jak i wojskowym.

Podobny test przeprowadziła w marcu amerykańska firma Universal Hydrogen. Wówczas większy, bo 40-osobowy samolot De Havilland Cadana Dash 8-300 przeleciał 15 minut na ogniwach wodorowych, zasilających jeden z silników elektrycznych. W przyszłym roku ZeroAvia przeprowadzi podobne testy w samolocie De Havilland Canada Dash 8-400.

Zasadniczym wyzwaniem pozostanie produkcja wodoru. Według firmy doradczej Kearney, wyprodukowanie wodoru dla zasilenia raptem 30% samolotów operujących z paryskiego lotniska Orly wymagałoby 270 litrów ciekłego wodoru dziennie (przy zużyciu 1,5 tony na każde 1,5 tysiąca kilometrów lotu). Wymagałoby to wydzielenia jednej elektrowni jądrowej lub postawienia paneli słonecznych na powierzchni 44 kilometrów kwadratowych.