Исследования показывают, что в ближайшие годы объем авиаперевозок будет продолжать расти. Крупный европейский исследовательский проект, возглавляемый Австрийским технологическим институтом (AIT), сейчас занимается темой полетов электросамолетов. Новые батареи призваны сделать электрифицированные пассажирские самолеты доступными для масс.
В ближайшем будущем полеты на более крупных самолетах на короткие расстояния могут быть полностью электрическими. Фото: Heart Aerospace Существует примерно три подхода к сокращению вредных выбросов от полетов. Например, топливо SAF (экологичное авиационное топливо), которое работает с обычными двигателями внутреннего сгорания, может помочь снизить выбросы CO2. Второй подход — машины, летающие на водороде и топливных элементах.
Но уже есть самолеты, которые летают на аккумуляторах. Литий-ионные батареи не обладают необходимой плотностью энергии для более энергоемких полетов. (Плотность энергии показывает, сколько энергии может хранить аккумулятор в зависимости от его веса и объема. При наличии двух батарей одинакового размера тот, у которого более высокая плотность энергии, может хранить энергию и подавать электроэнергию дольше.) Поэтому на таких самолетах сейчас далеко не улетишь.
«Уже есть полностью электрические легкие самолеты, например, словенской компании Pipistrel, с продолжительностью полета около часа», — объясняет координатор проекта Хельмут Кюнельт из AIT.
Однако мощности аккумулятора в настоящее время недостаточно для более крупных самолетов. Кроме того, одобрение электросамолета затруднено, поскольку литий-ионные аккумуляторы могут сгореть из-за жидкого электролита. Этот риск можно свести к минимуму с помощью других электролитов.
В рамках проекта SOLIFLY разработана так называемая «полутвердотельная батарея», которая не горит и имеет более высокую плотность энергии. С такими батареями самолеты могли бы летать на большие расстояния.
Исследователи также смогли решить еще одну проблему с электрическими самолетами: вес аккумуляторов. Именно поэтому они разработали аккумуляторы, которые можно устанавливать непосредственно в самолет в виде компонента. Для этого элементы аккумуляторной батареи были интегрированы в высокопрочные компоненты из углеродного композита.
Элементы аккумулятора интегрированы в высокопрочные компоненты из углеродного композита. Фото: ONERA
«Мы разработали прочную и жесткую структурную пластину, которая может одновременно поддерживать и хранить энергию. Если аккумулятор будет настолько безопасен, как мы надеемся, его можно будет интегрировать в полы, стены, потолки, багажные отделения и сиденья пассажирского салона», — объясняет Кюнельт.
Элементы аккумулятора расположены в пластине. Конструкция может выдерживать нагрузки. Фото: AIT
Цель состоит в том, чтобы в будущем батареи действительно были интегрированы в большие машины, такие как Airbus. Сейчас исследователи продолжают работать над этим в следующем проекте (MATISSE): в 2025 году аккумуляторная часть будет впервые установлена в крыле самолета Pipistrel.
А пока ученые улучшат электрохимию, а также разработают мягкие сэндвич-компоненты с аккумуляторными элементами. Кроме того, аккумуляторы самолета будут оснащены измерительными датчиками, так что многофункциональные компоненты сделают конструкцию самолета еще более безопасной за счет постоянного контроля за ней.
Аккумулятор впервые будет установлен в Velis Electro словенского производителя Pipistrel в следующем году. Фото: Pipistrel Благодаря новой технологии полеты на короткие расстояния в любом случае можно будет осуществлять с помощью электричества. Самолеты меньшего размера, например те, которые предлагает Heart Aerospace, могут летать как минимум на короткие расстояния в 200 или 300 километров, полностью используя электрическую энергию.
«Мы, вероятно, никогда не сможем летать полностью на электричестве на более крупных самолетах, потому что потребность в энергии очень велика. Нам также нужны другие двигательные технологии для широкофюзеляжных самолетов и дальнемагистральных рейсов», — поясняет координатор проекта.
Однако в этих самолетах также будут использоваться новые аккумуляторные технологии. Будь то вспомогательные системы, такие как система защиты от обледенения, авионика или система исполнительных механизмов, которая в настоящее время работает с воздухом или давлением масла – все эти системы в будущем будут электрифицированы, потому что они более эффективны и легче.
