Rolls-Royce, we współpracy z norweskim instytutem badawczym SINTEF, pracuje nad rozwojem hybrydowego napędu dla samolotów regionalnych. Projekt nie jest jedynie wizją na papierze – zespół ma za sobą już pierwsze, kluczowe testy. Jeśli technologia spełni pokładane w niej nadzieje, mogłaby realnie wpłynąć na ślad węglowy krótkich podróży powietrznych, choć droga do komercyjnego sukcesu jest jeszcze długa i usiana wyzwaniami.
Hybryda w powietrzu. Jak działa lotniczy układ napędowy wzorowany na samochodach
Zasada działania jest generalnie znana z aut hybrydowych. Napęd spalinowy, w tym przypadku turbinowy silnik lotniczy, współpracuje z elektrycznym. Oba systemy mogą pracować razem, by dostarczyć maksymalną moc potrzebną podczas najbardziej energochłonnych faz lotu, takich jak start. Podczas ustabilizowanego przelotu, gdy zapotrzebowanie na energię spada, samolot mógłby w większym stopniu polegać na silniku elektrycznym, redukując zużycie kerozyny.
Czytaj także: Silnik wielkości dłoni zastąpi potężne jednostki napędowe. Kalifornijski test otwiera nową erę w lotnictwie
Prace idą do przodu. We wrześniu 2023 roku Rolls-Royce pomyślnie przeprowadził pierwszy zapłon paliwa w swoim nowym silniku projektowanym specjalnie dla hybrydowych zastosowań. To nie jedyny gracz na tym polu – na początku tego roku GE Aerospace także zakończyło naziemne testy komercyjnego silnika turbowentylatorowego zdolnego do zarządzania energią elektryczną w czasie rzeczywistym.
Wyzwanie izolacji elektrycznej. Testy przy wysokich napięciach i częstotliwościach
Podstawowym problemem technicznym, który spędza sen z powiek inżynierom, jest kwestia izolacji. Chodzi o stojan, czyli nieruchomą część silnika elektrycznego, gdzie prąd płynący przez cewki wytwarza pole magnetyczne obracające wirnik. Te cewki muszą być doskonale odizolowane, by zapobiec zwarciom, a sama izolacja musi spełniać wyśrubowane kryteria.
Z jednej strony taka izolacja powinna być jak najcieńsza, ponieważ w lotnictwie każdy dodatkowy gram wagi to problem. Z drugiej, musi wytrzymać ekstremalne warunki pracy, w tym bardzo wysokie napięcia i częstotliwości rzędu 50 kiloherców. Branża lotnicza nie dysponuje obecnie ustandaryzowanymi metodami obliczania trwałości materiałów izolacyjnych przy tak wysokich parametrach. Dotychczasowe dane dotyczą częstotliwości do 1 kHz, czyli pięćdziesiąt razy niższych. Jak wskazuje Astrid Røkke z Rolls-Royce Electrical Norway, brak odpowiednich procedur testowych i certyfikacyjnych rodzi ryzyko stworzenia rozwiązania, które może nie być w pełni bezpieczne. Dlatego zespół pracuje równolegle nad materiałami i metodologią ich walidacji.
Baterie kontra paliwo lotnicze. Dlaczego hybrydy sprawdzą się na krótkich dystansach
Podstawowym ograniczeniem elektryfikacji lotnictwa jest fizyka magazynowania energii. Baterie litowo-jonowe są wciąż znacznie cięższe od paliwa lotniczego o porównywalnej wartości energetycznej. To tworzy błędne koło: im dłuższy planowany lot, tym więcej energii potrzeba, a co za tym idzie, tym cięższe i większe musiałyby być baterie, co z kolei zwiększa zapotrzebowanie na energię. Z tego powodu technologia hybrydowa ma największy sens na trasach krótkich i średnich.
Lotniska takie jak Warszawa i Gdańsk, oddalone od siebie o około 280 kilometrów, czy Kraków i Szczecin (około 560 km) to dystanse, gdzie hybrydyzacja mogłaby przynieść wymierne korzyści bez radykalnego poświęcania ładowności czy zasięgu. Dla długodystansowych, międzykontynentalnych połączeń tradycyjne silniki turbinowe prawdopodobnie pozostaną jedynym opłacalnym rozwiązaniem przez kolejne lata, a może i dekady.
Czytaj także: Wygląda niepozornie, ale ten samolot jest wyjątkowy. Amerykanie dokonali niemożliwego
Wdrożenie hybryd wymagałoby stworzenia całego nowego ekosystemu podzespołów. Potrzebne są wydajniejsze i lżejsze silniki elektryczne, zoptymalizowane pod kątem nowych warunków pracy śmigła oraz lżejsze skrzynie biegów. To kompleksowe zadanie dla inżynierów, które wymaga czasu i znacznych nakładów.
Kiedy zobaczymy efekt?
Choć brzmi to obiecująco, warto zachować umiar w oczekiwaniach. Same testy i prace rozwojowe nad tak złożonym systemem zajmą jeszcze co najmniej kilka lat. Jeśli problemy z izolacją i certyfikacją uda się rozwiązać, pierwsze komercyjne loty z napędem hybrydowym mogłyby się rozpocząć pod koniec tej dekady. Byłaby to jednak raczej niszowa oferta na wybranych, regionalnych trasach. Redukcja emisji o 30 procent, choć istotna, dotyczyłaby tylko części ruchu lotniczego. To krok w dobrą stronę, ale z pewnością nie magiczne rozwiązanie wszystkich problemów ekologicznych branży. Dla pasażerów taki lot mógłby być nieco cichszy, a dla środowiska – odrobinę łaskawszy, co przy skali wyzwania i tak ma znaczenie.