Я часто читаю различные журналы по военной и политической теме. Но к сожалению, в них я не очень люблю две вещи. Первая – когда по сравнительно сложной теме статьи пишет не специалист по теме, а журналист, не углубляясь в специфику темы. Ну или даже не журналист – не спец, в общем то. Вторая – когда при этом какие-то сложные вещи пытаются объяснить слишком уж просто. Смысл искажается. Особенно, если об этом пишет журналист, который не спец. Ну или вносит поправку редакция, разумеется. И одна из таких статей – материал о перспективном самолете на криогенном топливе.
Моей неугомонной инженерной душе (если у инженера может быть душа, конечно) придется ворваться с критикой и разъяснениями.
Автор пишет
Так как жидкий водород содержит гораздо меньше энергии, чем реактивное топливо, и его нужно хранить при температуре в минус 250 градусов, потребуются новые конструкции самолетов с крупными криогенными топливными баками.
Собственно, у меня возникает первый вопрос: в каком же таком водороде гораздо меньше энергии, чем в реактивном топливе?
Водород имеет САМУЮ БОЛЬШУЮ удельную теплоту сгорания среди существующих в природе веществ, используемых в качестве топлив для тепловых двигателей. При сжигании в воздухе 1 кг водорода выделяет 141 МДж энергии. 1 кг авиационного керосина ТС-1 выделяет около 43 МДж, что в 3,3 раза меньше. Керосин Jet A-1, применяемый в том числе и в Великобритании, имеет примерно такие же характеристики. Так что водород как топливо то будет получше.
Есть и другая сторона медали. Как будем всё это хранить? Плотность керосина ТС-1 при температуре 20°С составляет 780 кг/м3. С ростом температуры плотность будет уменьшаться. Плотность жидкого водорода – всего 70 кг/м3. И это при температуре ниже примерно -253°С. Его плотность в 11,1 раз меньше плотности керосина.
В качестве эталонного самолета для сравнения возьмем Airbus A320. Одним из источников заявлен часовой расход топлива в 2600 кг/ч. Это 3300 л керосина ТС-1, заправленных при 20°С. Если условно считать, что такой же двигатель потребляет водород исходя из необходимого выделения тепловой энергии, то имеем 788 кг водорода на час полета и, внимание, 11243 литра занимаемого им объема – В 3,4 РАЗА БОЛЬШЕ. И это без учета массы и габаритов баков для криогенного топлива.
Тем не менее, некоторые экологи считают, что и с новым самолетом не все гладко. Так, концептуальный самолет может выбрасывать большое количество парниковых газов, поскольку в любом случае будут выбрасываться в атмосферу оксиды азота и водяной пар.
Меня как неэколога интересует другой вопрос: а откуда брать такое количество водорода, а еще и экологически чистого? И насколько чист этот водород? Большинство способов производства водорода (из угля, метана, мусора, биомассы) связано с выделением углекислого и угарного газа и других веществ, однозначно не способствующих процветанию нашей планеты. А ведь авиация расходует огромные объемы топлива – где его взять? Единственный в полной мере экологически чистый вариант производства – электролиз – и то при условии «чистоты» электроэнергии, ведь экологически чистых источников электроэнергии не так и много, дают они не столько большую долю энергии в мире.
Но лично меня задевает тот факт, что не учтены три вещи.
Первая – эксплуатация самолетов на криогенном топливе слишком сложна.
Заправка жидкого водорода опасна для работающих с ним инженеров и техников, сам водород испаряется при попадании на открытые пространства или утечке, при этом он очень взрывоопасен. Требуется, к тому же, серьезная инфраструктура, позволяющая работать с криогенными топливами.
Вторая – такой концепт снижает безопасность полетов и авиационную безопасность.
Утечка водорода в воздухе – потенциальный пожар и взрыв. Вынужденная посадка вне аэродрома, задевание каким-нибудь предметом бака или даже трубопровода, работающий при этом двигатель или замыкание – пожар и взрыв. Приземление с сильным превышением перегрузки, как у SSJ-100 в Шереметьево в 2019 – пожар и взрыв. Террористам для поражения самолетов даже не нужно особо париться – обстрел самолета из автоматического оружия на глиссаде – пожар и взрыв. Да, важная поправка – скорее всего, все вышеперечисленное даже без пожара – керосин то еще нужно постараться поджечь, взорвать – тем более. С водородом же намного проще.
Третья – за полеты на таких самолетах будут платить пассажиры.
Если мы радеем за исключительно экологичный водород, то производиться он может только электролизом воды. Производство 1 кг водорода в таком случае стоит 10 долларов, в то время как 1 кг керосина – в районе 80 центов – в 12,5 раз меньше. И это без учета вложения в создание и развитие водородной инфраструктуры и исключительной дороговизны доставки. Ни один коммерсант не пойдет на такие издержки, а бюджетам стран, которые и так выделяют немалые деньги на декарбонизацию и иные экологические моменты, придется серьезно раскошелиться на водородные самолеты.
Однако я считаю, что у авиации на криогенном топливе все же есть будущее. Какое и на каких условиях, расскажу здесь.
Статья была взята с сайта warsong.online