Будущее полетов

Хотя выбросы углекислого газа от авиации составляют менее 2 % общего вклада в глобальное потепление, общее влияние полётов на климат значительно больше. В 2024 году авиация произвела примерно 2,14 % всех мировых выбросов CO₂ ^A,B (чуть менее миллиарда метрических тонн), но самолёты также выбрасывают на большой высоте водяной пар, оксиды азота, сажу и другие частицы и аэрозоли, которые взаимодействуют с химией атмосферы и образованием облаков так, что удерживают как поступающее солнечное излучение, так и повторно излучаемое Землёй длинноволновое излучение, не давая ему уйти, и всё это усиливает потепление. В частности, инверсионные следы и вызванные ими перистые облака усиливают парниковый эффект, удерживая инфракрасное излучение (см. примечание к источникам ниже [17,18]), а оксиды азота приводят к образованию озона - ещё одного парникового газа. Если объединить эти эффекты, не связанные с CO₂, с прямыми выбросами CO₂, общий радиационный форсинг от авиации оценивается примерно в 3,4-4 % потепления, вызванного человеком, поэтому климатический след авиации примерно вдвое больше, чем можно было бы предположить только по её выбросам углекислого газа.

Инверсионные следы - это облака из кристаллов льда, образующиеся за самолётами на крейсерской высоте из конденсационных следов водяного пара (от сгорания топлива и из окружающей атмосферы). Водяной пар может конденсироваться на аэрозольных выбросах самолётов, например на частицах сажи (углерода). Эти облака недолговечны, но чем холоднее и влажнее воздух, тем дольше они сохраняются.

Эти облака могут влиять на энергетический баланс Земли двумя противоположными способами. Днём их светлая отражающая поверхность может рассеивать и отражать часть поступающего солнечного излучения обратно в космос, ненадолго охлаждая планету за счёт уменьшения количества солнечного света, достигающего поверхности. Но одновременно инверсионные следы действуют как тонкие перистые облака, эффективно поглощая и переизлучая длинноволновое инфракрасное излучение, исходящее от поверхности Земли. Этот процесс удерживает тепло в нижних слоях атмосферы, создавая общий эффект потепления, который особенно заметен ночью, когда без поступающего солнечного излучения остаётся только эффект удержания тепла. В целом эффект потепления от инверсионных следов обычно сильнее, чем их отражающий эффект охлаждения. Однако механизмы этого эффекта всё ещё плохо изучены, и постоянно проводятся исследования, чтобы точнее оценить общее влияние и необходимые условия.

Приводимые значения 15-25 % обычно характеризуют повышение топливной эффективности самолётов и двигателей нового поколения по сравнению с заменяемыми самолётами, а не эффект замены только двигателя на существующем самолёте. Результаты зависят от класса самолёта, маршрута и условий эксплуатации ^{[11,22,36,37]}.

Сравнение «в 50 раз» сопоставляет энергию, запасённую на единицу массы в современных батареях, с химической энергией, содержащейся в килограмме авиационного топлива. Это полезное прямое сравнение массы топлива, а не полное сравнение двигательных систем: электромоторы намного эффективнее турбинных двигателей, но аккумуляторным блокам также нужны корпус и терморегулирование, и после разрядки они сохраняют свой вес. Поэтому относительная масса может различаться, хотя батареи всё равно запасают гораздо меньше полезной энергии на единицу веса, и это остаётся главным ограничением ^[74-79].

Лётные испытания прототипов электрических самолётов прошли в нескольких местах, особенно в Великобритании, США и Китае. В ходе этих испытаний выполнялись короткие перелёты между расположенными рядом аэродромами или более долгие полёты с кругами над аэродромами в тщательно контролируемом воздушном пространстве. Эти испытания проводили частные компании или соответствующие военно-воздушные силы, демонстрируя возможности электрических самолётов. Однако полностью электрические коммерческие самолёты всё ещё разрабатываются, и их планируют поднять в воздух в этом десятилетии. Это будут региональные рейсы на расстояния менее 500 км на самолётах с минимальной пассажировместимостью, как показано в [89-93]. Ожидается, что электрические среднемагистральные и дальнемагистральные рейсы (от международных перелётов до межконтинентальных и трансатлантических расстояний) станут коммерчески выгодными к 2090-м годам ^{[14,74,75,94]}. Однако некоторые эксперты из отрасли и научных кругов считают, что это очень оптимистичная оценка, и некоторые полагают, что электрические самолёты на дальних маршрутах никогда не станут коммерчески выгодными.

Устойчивое авиационное топливо всё равно выделяет CO₂ при сгорании. Его потенциальную пользу для климата в основном оценивают по всему жизненному циклу топлива, потому что биогенный углерод или углерод, уловленный из воздуха, могут заменить выбросы вновь добытого ископаемого углерода. Однако реальное сокращение выбросов зависит от типа сырья для производства топлива, связанных с этим изменений в землепользовании, энергии, используемой при производстве и перевозке, дополнительности (произошло бы заявленное косвенное сокращение и без этого) и доли SAF в смеси с обычным ископаемым топливом. Поэтому разные способы производства SAF могут давать заметно разный уровень сокращения выбросов ^{[95-100,135,136]}.

ИСПРАВЛЕНИЕ: Ожидается, что около 55 % публично объявленных европейскими авиакомпаниями обязательств и соглашений о поставках SAF будут связаны с отработанными маслами и жирами, включая животные жиры, использованное кулинарное и другие отходные масла. Здесь речь о соглашениях и планируемых контрактах, а не о топливе, которое уже используется, как может показаться из фильма.

Водород не содержит углерода, поэтому водородные топливные элементы при использовании выделяют только воду. При сжигании водорода образуется водяной пар, а азот и кислород в воздухе также могут вступать в реакцию и образовывать оксиды азота.

Примерное сокращение выбросов NOₓ на 86 %, о котором сообщает [124], относится к указанной конфигурации самолёта и не является универсальным показателем сокращения.

Общие выбросы за жизненный цикл (и, следовательно, сокращение выбросов по сравнению с обычным реактивным топливом), связанные с водородным топливом, зависят от производства водорода с помощью возобновляемых источников энергии вместо углеродоёмких методов, а также от косвенных выбросов, связанных с энергией и инфраструктурой, необходимыми для производства, охлаждения, сжатия, транспортировки и хранения водорода ^[122-126].

Были сделаны оценки того, когда первые самолёты на водороде станут коммерчески доступными. Ранние сценарии отрасли и правительства предполагали ввод в эксплуатацию примерно в 2035-2040 годах ^[131-133]: McKinsey & Company ^[133] оценивала, что при оптимистичном сценарии водородные самолёты могут появиться с 2035 года, но сценарии «Как обычно» и «Осторожный» указывали на более поздний выход на рынок в 2040 году. Этот оптимизм разделяли аэропорт Хитроу и правительство Великобритании ^[131], предполагавшие, что этот самолёт сможет использоваться на внутренних рейсах с 2035 года, а на региональных - к 2040 году. Однако это прогнозы, а не подтверждённые графики поставок. Сам британский источник теперь находится в архиве, что вызывает вопросы о том, не стали ли эти прогнозы маловероятными в свете более поздних обновлений.

Программа Airbus ZEROe ^[132] ставила целью ввести в эксплуатацию самолёт на водороде к 2035 году, но в феврале 2025 года объявила, что этот проект отложен, сославшись на то, что технология развивается медленнее, чем ожидалось, что указывает на задержку в 5-10 лет ^[134]. Несколько месяцев спустя компания всё ещё не назвала чётких сроков для своего первого самолёта на водороде, сократив бюджет проекта.

Соотношение 3:1 описывает химическое соотношение между молекулами, а не их относительный вес или объём. Если упростить, для производства e-SAF требуется примерно три молекулы водорода на каждую молекулу уловленного углекислого газа. Точное соотношение немного различается в зависимости от процесса производства и конечного топлива. Например, [136] приводит соотношение H₂ и CO в исходном сырье примерно 2:1 - уловленный CO₂ сначала можно преобразовать в CO, и для этого нужен дополнительный водород. Единого соотношения исходных веществ для всех способов производства нет, но 3:1 даёт полезное представление об основной химии процесса.

Показатель Project SkyPower - это перспективный отраслевой прогноз, основанный на быстром росте e-SAF при достаточных инвестициях и поддержке мерами государственной политики. Это не устоявшийся рыночный прогноз и не гарантия. Итог будет зависеть от того, как быстро вырастет производство, но этот прогноз показывает, какую значительную роль, как ожидается, e-SAF будет играть к 2050 году.