Передовая авиационная компания создает первый в мире полностью электрический самолет с поразительными характеристиками: «Будущее полета». Иллюстративное фото. Источник: tech.yahoo.com
Представьте воздушное судно, приводимое в движение электроэнергией, но не требующее длительной зарядки — только быструю заправку. Его выбросы не загрязняют атмосферу, а способствуют ее очищению. Кажется невероятным? Именно такое будущее открывает революционная разработка исследователей из США, сообщает Проект SFERA Live .
Сфера электрической авиации долгое время сталкивалась с фундаментальным барьером: существующие аккумуляторы обладают слишком большой массой для обеспечения значительной дальности полета. Создание электрического авиалайнера до сих пор было нереально: практически не оставалось полезной нагрузки. Однако сейчас, вероятно, найден ключ к решению этой сложной задачи. Речь идет о новом типе источника энергии, где вместо лития и замысловатых химических процессов применяются жидкий натрий и атмосферный воздух.
От накопителя к генератору: суть новой технологии
Для понимания инновации необходимо отвлечься от привычных представлений об аккумуляторах в гаджетах и электрокарах. Литий-ионная батарея — это сосуд для заранее накопленного заряда. Ее требуется долго заряжать, после чего она постепенно отдает энергию, со временем теряя свои свойства.
Специалисты из Массачусетского технологического института вместе с коллегами реализовали совершенно другой принцип. Их изобретение — не хранилище энергии, а компактная станция по ее производству непосредственно во время работы! Например, на борту самолета. Основное энергетическое вещество здесь — жидкий металлический натрий, находящийся в специальном баке. С противоположной стороны в систему поступает воздух.
Ключевым элементом конструкции служит тонкая, но исключительно прочная керамическая мембрана. Этот слой работает как интеллектуальный барьер. Он позволяет проходить только ионам натрия, предотвращая прямой контакт и смешение реагентов. Когда натрий, прошедший сквозь мембрану, взаимодействует с кислородом воздуха на пористом электроде, запускается контролируемая химическая реакция. Ее прямое следствие — возникновение электрического тока. После использования натрия отработанные компоненты сливаются, и в систему заливается свежая порция жидкого энергоносителя.
Эта процедура занимает считанные минуты, аналогично заправке обычным топливом, а не долгие часы. Один из создателей технологии, профессор Йет-Минг Чианг, провел аналогию со сменой картриджа в оргтехнике: «Мы разделили количество запасенной энергии и мощность отдачи системы. Это предоставляет инженерам беспрецедентную свободу для конструирования».
Революционные показатели, меняющие отрасль, и экологический эффект
Тестирование лабораторного образца дало впечатляющие результаты. Удельная энергоемкость достигла примерно 1700 ватт-часов на килограмм. Для лучшего понимания: самые продвинутые современные авиационные литий-ионные аккумуляторы обеспечивают плотность энергии в пределах 250-300 Вт·ч/кг. Согласно расчетам экспертов Международного совета по чистому транспорту (ICCT), для создания рентабельного электрического самолета на 50-70 пассажиров с дальностью полета до 1000 километров требуется показатель как минимум 1000-1200 Вт·ч/кг. Новая разработка не просто соответствует этому требованию — она существенно его превышает. Теоретически это открывает путь к электрификации большинства региональных маршрутов, которые сегодня обслуживаются такими моделями, как ATR 72 или Dash 8.
Но самое поразительное заключается не в энергетических характеристиках, а в свойствах побочных продуктов реакции. В традиционном реактивном двигателе сгорание авиакеросина приводит к выбросам углекислого газа, сажи и соединений азота. Водородный топливный элемент производит на выходе воду.
В данной же системе результатом химического процесса становится оксид натрия. И здесь проявляется удивительный эффект: это вещество, попадая в окружающую среду, активно поглощает из атмосферы влагу и углекислый газ. Происходит естественное превращение: сначала в гидроксид натрия (каустическую соду), а затем — в карбонат натрия, обычную кальцинированную соду. Фактически, энергоустановка во время полета выполняет функцию миниатюрного завода по улавливанию углерода. Широкое внедрение таких систем может в перспективе оказать заметное положительное влияние на глобальном уровне.
Прототип израильского электрического самолета загорелся на испытаниях. Иллюстративное фото. Источник:naked-science.ru
Дорога от эксперимента к практическому применению
Безусловно, до появления серийных самолетов на жидком натрии пройдет немало времени. Рабочий лабораторный образец служит лишь подтверждением жизнеспособности концепции. Следующий, крайне важный этап — инженерная оптимизация и увеличение масштаба. Для решения этих задач уже учреждена компания Propel Aero. Ее цель — трансформировать хрупкую лабораторную установку в мощное, безопасное и надежное устройство. Как сообщают разработчики, первой целью станет создание в ближайшие год-два энергетического блока размером с дорожный чемодан. Он сможет питать крупный грузовой беспилотник или служить дополнительным источником энергии на судне. Это станет ключевой проверкой надежности технологии в реальных условиях эксплуатации.
Важнейшим аспектом является безопасность. Натрий, особенно в жидком состоянии, — материал с высокой реакционной способностью, в частности, при контакте с водой. Создатели технологии акцентируют, что в их системе натрий надежно изолирован керамической мембраной, а с другой стороны контактирует только с воздухом. Конструкция не предполагает работы под высоким давлением и исключает риск быстрого неконтролируемого перегрева («теплового разгона»), который является серьезной проблемой для литиевых батарей. Тем не менее, авиационные регуляторы, такие как FAA или EASA, безусловно, потребуют многолетних всесторонних испытаний на устойчивость к отказам.
Неоспоримым преимуществом является сырьевая база: натрий получают из поваренной соли, и он относится к одним из самых распространенных элементов на планете. Это снимает вопросы о геополитической зависимости и исчерпаемости ресурсов, которые омрачают перспективы литий-ионной индустрии.
Какие же перспективы открываются? В ближайшее десятилетие вряд ли стоит ожидать появления пассажирского Boeing 737, заправляемого натрием. Однако вполне реально, что новая технология займет свою нишу в сфере малой авиации, грузовых беспилотников и региональных перевозок. Это будет негромкая революция, которая начнется не с презентации нового лайнера, а с постепенного появления на аэродромах заправочных станций нового типа. И тогда идея о полете, который не только не наносит ущерба окружающей среде, но и вносит вклад в ее улучшение, может превратиться из фантастики в осязаемую реальность.