Lotnictwo, odpowiadające za około 4% całkowitej emisji gazów cieplarnianych w Unii Europejskiej, stoi przed wyzwaniem dekarbonizacji. Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego (ICAO) prognozuje, że bez odpowiednich działań emisje z sektora lotniczego mogą się potroić do 2050 roku w porównaniu do poziomu z 2015 roku. W odpowiedzi na ten problem, dwa lata temu wszystkie państwa członkowskie ICAO przyjęły zobowiązanie, aby osiągnąć zeroemisyjność do 2050 roku. Kluczowym elementem realizacji tego celu jest transformacja energetyczna poprzez modernizację floty i wykorzystanie ekologicznych (zrównoważonych) paliw lotniczych (SAF).
Johan Pelissier – prezes Airbusa na Europę, powiedział, że transformacja sektora lotniczego wymaga wspólnych wysiłków zarówno ze strony producentów samolotów, jak i linii lotniczych, lotnisk, dostawców energii oraz decydentów politycznych. Współpraca tych podmiotów jest kluczowa w przeprowadzeniu skutecznej dekarbonizacji branży, która opiera się nie tylko na technologii, ale także na zmianie istniejącego miksu energetycznego.
– Aby ograniczyć ślad węglowy, branża może przede wszystkim w perspektywie krótko-i średnioterminowej zmodernizować flotę. Obecnie na świecie 70% floty linii lotniczych to samoloty starszej generacji. Kiedy porównamy ją z nową generacją, na przykład z wszystkimi nowymi samolotami wąsko- i szerokokadłubowymi Airbus, modernizacja floty pozwoli ograniczyć emisje dwutlenku węgla średnio o ponad 25% – ocenia w rozmowie z Newseria.pl Johan Pelissier.
Wiek samolotów
Z danych Komisji Europejskiej wynika, że lotnictwo globalnie przyczynia się do około 2% emisji dwutlenku węgla. Jednak w samej UE, te bezpośrednie emisje odpowiadają za około 14% emisji w sektorze transportu. Aby osiągnąć założony cel zeroemisyjności do 2050 roku, niezbędna będzie gruntowna modernizacja globalnych flot. Obecnie około 70% samolotów pasażerskich i transportowych to maszyny starszej generacji. Według Międzynarodowego Stowarzyszenia Transportu Lotniczego (IATA) średni wiek samolotów pasażerskich wynosi 13 lat, a samoloty transportowe są nawet starsze – mają średnio 25 lat. Najwięcej maszyn pasażerskich ma od 5 do 10 lat, natomiast samoloty transportowe – od 30 do 35 lat.
Modernizacja floty to kluczowe rozwiązanie krótkoterminowe, które może ograniczyć emisje CO2 nawet o 25%, bo nowoczesne samoloty są bardziej energooszczędne i mają ulepszoną konstrukcję, co pozwala na znacznie mniejsze zużycie paliwa w przeliczeniu na pasażera. W ciągu ostatnich 30 lat zużycie energii na pasażerokilometr spadło z 2,9 MJ w 1990 roku do 1,3 MJ w 2019 roku.
SAF
Jednak sama modernizacja floty to tylko część rozwiązania. Kluczowym krokiem w długoterminowym procesie dekarbonizacji sektora lotniczego jest przejście na ekologiczne paliwa lotnicze (SAF). SAF to paliwo, które w cyklu życia może zmniejszyć emisje dwutlenku węgla nawet o 80%. Niestety, wysokie koszty produkcji powodują, że ich powszechne wykorzystanie jest ograniczone. W 2022 roku z 28 milionów lotów na całym świecie, jedynie pół miliona skorzystało z ekologicznych paliw.
Unia Europejska próbuje zmienić ten trend poprzez program ReFuelEU Aviation, będący częścią pakietu Fit for 55. Zakłada on, że od 2025 roku co najmniej 2% paliwa lotniczego w UE będzie musiało pochodzić ze źródeł ekologicznych. Udział ten będzie wzrastał, aż do osiągnięcia 70% w 2050 roku. Pomimo obecnych barier kosztowych, ekologiczne paliwa są coraz częściej wykorzystywane na krótkich dystansach. W 2023 roku odbył się pierwszy transatlantycki lot dużego samolotu pasażerskiego zasilanego wyłącznie paliwami alternatywnymi, co pokazuje, że technologia ta ma realny potencjał w przyszłości.
Ekosystem
Obok SAF, innowacyjne technologie, takie jak samoloty napędzane wodorem, mogą być przełomowym rozwiązaniem. Na przykład Airbus planuje wprowadzenie pierwszego na świecie komercyjnego samolotu napędzanego wodorem do 2035 roku. Jednak zmaterializowanie tej technologii wymaga nie tylko budowy nowych samolotów, ale także stworzenia odpowiedniej infrastruktury, w tym stacji tankowania wodoru na lotniskach i zapewnienia bezpieczeństwa przy obsłudze tego rodzaju paliwa.
– Samoloty napędzane wodorem to z pewnością dobry przykład przełomowej technologii. Nie chodzi tu jednak tylko o budowę samolotu, ale również o ekosystem, aby na lotnisku możliwe było zatankowanie wodoru oraz zapewnienie bezpieczeństwa obsługi tej technologii. Mierzymy się z wyzwaniami technologicznymi dwojakiego rodzaju – jak stworzyć ten ekosystem i kontynuować inwestycje w nowe, przełomowe technologie – podkreśla Johan Pelissier.
Wolty zamiast paliw alternatywnych
Agencje informacyjne regularnie donoszą o inicjatywach związanych z alternatywnymi napędami w lotnictwie, wskazując na znaczące zmiany w branży. Poza wykorzystaniem paliw alternatywnych, czołową technologią w transporcie lotniczym przyszłości wydaje się elektryfikacja. Dowód? W lutym 2023 roku Embraer Eve ogłosił, że planuje rozpocząć komercyjną obsługę elektrycznych samolotów do 2026 roku. Prace nad certyfikacją samolotów, które są kluczowe dla wprowadzenia tych pojazdów na rynek, są w toku. Spółka, specjalizująca się w elektrycznych samolotach pionowego startu i lądowania (eVTOL), spodziewa się postępów regulacyjnych, co pozwoli na uzyskanie niezbędnych zezwoleń w ciągu kilku lat. Wiceprezes Eve, Luiz Mauad, zaznaczył, że wyzwanie to wymaga współpracy z organami regulacyjnymi, ale spółka jest na dobrej drodze do osiągnięcia tych celów – donosi redakcja Reutersa.
Dalej. W czerwcu 2024 roku GE Aerospace ogłosiło projekt hybrydowego silnika elektrycznego, który ma napędzać samoloty wąskokadłubowe nowej generacji. Technologia, inspirowana rozwiązaniami z branży motoryzacyjnej, ma potencjał zrewolucjonizowania lotnictwa poprzez zmniejszenie emisji dwutlenku węgla. Zdaniem inżynierów, samoloty hybrydowe będą działały podobnie do samochodów hybrydowych, łącząc tradycyjne napędy z elektrycznymi. Jeśli projekt odniesie sukces, w połowie przyszłej dekady będzie można oczekiwać pierwszych hybrydowych samolotów na rynku.
Z kolei w lipcu 2024 roku American Airlines pochwalił się, że rozszerza swoje inwestycje w startup ZeroAvia, podpisując umowę na zakup 100 wodorowo-elektrycznych silników dla regionalnych samolotów. ZeroAvia specjalizuje się w technologiach alternatywnych napędów, a testy ich prototypów były obiecujące. American Airlines dąży do implementacji tych innowacji w swojej flocie, co wpisuje się w szerszą strategię redukcji emisji w lotnictwie.
Podobne plany ogłosiły Southwest Airlines i Archer Aviation, także w lipcu tego roku. Firmy zawarły memorandum o współpracy w zakresie elektrycznych taksówek powietrznych. Partnerzy planują zintegrować te pojazdy latające z siecią lotnisk w Kalifornii, co ma przyspieszyć rozwój tego nowego sektora transportu. Elektryczne taxi powietrzne mają być wygodnym i ekologicznym rozwiązaniem na krótkie dystanse, szczególnie w zatłoczonych obszarach miejskich.
Biznes w postaci latających taxi dostrzega także Stellantis. W sierpniu tego roku z Archer Aviation ogłosiło porozumienie o finansowaniu ich produkcji. Koncern zobowiązał się do wsparcia kosztów pracy na poziomie do 370 milionów dolarów, co pomoże zwiększyć produkcję modelu „Midnight” do 650 sztuk rocznie. Archer Aviation stara się pozyskać dodatkowe fundusze na realizację ambitnych planów produkcyjnych, a wsparcie ze strony Stellantis daje im możliwość dynamicznego rozwoju – pisze Reuters.
Na koniec lipca 2024 roku Embraer Eve zaprezentował prototyp elektrycznej taksówki powietrznej, której produkcja ma rozpocząć się na szeroką skalę po uzyskaniu certyfikacji w 2026 roku. Firma przedstawiła pełnowymiarowy model podczas wydarzenia dla inwestorów w Brazylii.
Także Toyota poinformowała, że inwestuje w latające taksówki. 2 października japoński koncern motoryzacyjny ogłosił, że przeznaczył kolejne pół miliarda dolarów na rozwój elektrycznych pojazdów VTOL wraz z amerykańską firmą Joby Aviation. Jak donosi Business Insider, już w zeszłym roku firmy podpisały długoterminową umowę, na mocy której Toyota będzie dostarczać niezbędne układy napędowe i inne komponenty do produkcji samolotów Joby. Z kolei Joby chwali się, że niedawno zjechał z linii produkcyjnej trzeci samolot, a czwarta z pięciu certyfikacji jest w toku.
Koncepcje na papierze
Także holenderski start-up Elysian Aircraft ma ambitny plan wprowadzenia do służby całkowicie elektrycznego samolotu E9X, który pomieści aż 90 pasażerów. Prototyp ma być gotowy do 2033 roku. – Duże samoloty zasilane energią elektryczną mogą przenosić znacznie więcej energii i są bardziej wydajne aerodynamicznie niż pierwotnie zakładano – podkreśla Rob Wolleswinkel, współdyrektor generalny Elysian. Nowe badania sugerują, że E9X będzie mógł latać na trasach do 430 mil morskich (około 800 km) dzięki wykorzystaniu ogniw o gęstości energii 360 Wh/kg.
Projekt E9X zakłada dolnopłat o smukłym kadłubie, z rozpiętością skrzydeł wynoszącą 42 metry i dużymi śmigłami o średnicy 3,7 metra. – Umieszczamy ładunek tam, gdzie jest siła nośna – zauważa Wolleswinkel, odnosząc się do sposobu, w jaki zaplanowano rozmieszczenie baterii. Maksymalna masa startowa samolotu wyniesie około 76 ton, z czego 35 ton stanowią baterie (46% całkowitej masy). Elysian zidentyfikował dziesięć kluczowych problemów, które muszą zostać jeszcze rozwiązane, w tym możliwość ładowania baterii w ciągu 30–45 minut. –Jeszcze nie mówimy o zwycięstwie, ale myślę, że jesteśmy już blisko – podkreśla Wolleswinkel.
Obecnie firma, wspierana przez Caravelle i Panta Holdings, planuje zebrać około 5-8 miliardów dolarów na rozwój. – Rozmowy z potencjalnymi klientami linii lotniczych są już w toku , dodaje Daniel Rosen Jacobsen, dyrektor ds. lotnictwa i kosmonautyki Panta. Elysian Aircraft wierzy, że E9X może zmienić oblicze lotnictwa, oferując wydajność porównywalną z istniejącymi samolotami regionalnymi, a jednocześnie przyczyniając się do redukcji emisji w sektorze lotniczym.
Startupy i pierwsze loty
Nie wszyscy chcą jednak czekać do 2033 roku, bo elektryfikacja lotnictwa staje się rzeczywistością, a na rynku pojawia się coraz więcej projektów samolotów elektrycznych, choć na razie małych. Na czoło wysuwa się Pipistrel Velis Electro, pierwszy certyfikowany samolot elektryczny, zdolny do lotu przez 50 minut przy maksymalnej prędkości 181 km/h.
Wspomniany wcześniej Airbus, we współpracy z Grupą Renault, rozwija koncepcję CityAirbus – model zaprojektowany z myślą o miejskiej mobilności. Dzięki nowatorskim rozwiązaniom, jak stałe skrzydła i rozproszony napęd, projekt ma szansę na komercyjny sukces. W czerwcu ubiegłego roku r. Airbus podpisał umowę z STMicroelectronics, aby przyspieszyć badania nad półprzewodnikami, kluczowymi dla rozwoju hybrydowych i elektrycznych samolotów.
Firma Heart Aerospace ma na celu wprowadzenie na rynek modelu ES-30 do 2028 roku, z zamówieniem 30 samolotów od Air Canada. ES-30 będzie wyposażony w cztery silniki elektryczne, a także awaryjne silniki spalinowe, co zwiększy jego elastyczność w operacjach.
Z kolei marka Eviation ogłosiła, że planuje dostarczenie elektrycznych samolotów cargo Alice dla DHL Express, pierwszej firmy na świecie, która zelektryfikuje swoją powietrzną flotę dostawczą. Samoloty mają pomieścić 1200 kg ładunku i pokonać ponad 800 kilometrów. Sam DHL planuje również zwiększenie floty elektrycznych pojazdów dostawczych, co wpisuje się w ich strategię dążenia do neutralności klimatycznej do 2050 roku.
Obok samolotów, potencjał w nowym rynku, widzą także producenci helikopterów, choć ten segment rynku pozostaje na razie mniej rozwinięty. Przykładem jest Robinson e-R44, który jako pierwszy pokonał trasę z jednego lotniska na drugie. Z czasem technologia śmigłowców się rozwija, a nowe projekty mogą zrewolucjonizować ten segment lotnictwa – przekonują eksperci ds. lotnictwa.
Pierwsze solarnie ładowane samoloty elektryczne już w powietrzu
Elektryczne samoloty to na razie raczkujący biznes, tym bardziej, że rozwój tej technologii wymaga rozbudowanej i wydajnej infrastruktury ładowania. W 2022 roku powstał solarny punkt ładowania samolotów elektrycznych, zainstalowany na angielskim lotnisku Old Buck. Zasilany energią odnawialną, wspiera lekkie, wytrzymałe konstrukcje do zadań specjalnych, jak transport medyczny czy ratunkowy w trudno dostępnych miejscach. Na razie z pierwszej ładowarki korzysta firma Nuncats i personel lotniska. Ładowarka zasila prototyp – samolot Energica Robinsa.
Pomysłodawcą projektu jest Tim Bridge z Nuncats. Elektryczne samoloty, które rozwija, są tanie w produkcji i eksploatacji, co czyni je idealnymi do pracy w wymagających warunkach. W ramach międzynarodowej współpracy, projekt wspiera m.in. Polak odpowiedzialny za system zarządzania akumulatorami oraz studenci z Norse’s International Aviation Academy. Przedstawiciele Nuncats przekonują, że to dopiero początek – kolejne ładowarki mają powstać w Norwich i pod Londynem.
A zatem elektryfikacja lotnictwa to nie tylko moda, ale konieczność w kontekście rosnącej świadomości ekologicznej i dążenia do zmniejszenia emisji CO2. Przemiany te wprowadzają nowe możliwości oraz wyzwania, które z pewnością zmienią oblicze transportu lotniczego w nadchodzących latach.
Autor: Oskar Włostowski
