Chyba każdy z nas lubi latać — a w każdym razie zdecydowana większość. Wystarczy spojrzeć w niebo w bezchmurny dzień, by zobaczyć szachownicę smug kondensacyjnych utworzonych przez przelatujące samoloty. A teraz skupmy się na bardziej „przyziemnych” dowodach, jakich dostarcza na przykład strona internetowa Zrzeszenia Międzynarodowego Transportu Lotniczego (International Air Transport Association, IATA).
Według danych tej organizacji w 2017 r. samoloty pasażerskie przewiozły blisko 4 miliardy osób, czyli prawie dwukrotnie więcej niż w 2005 r. Ta liczba odpowiada połowie światowej populacji. Nawet gdyby uwzględnić wielokrotne podróże tych samych osób, to i tak fakt, że dziennie 10 milionów ludzi przemieszcza się po całym świecie na pokładzie samolotu wprawi nas w zdumienie.
Ta liczba szybko się zwiększa. W sierpniu 2017 zanotowano wzrost światowego ruchu pasażerskiego o 7,2% w porównaniu z sierpniem 2016 r. Szacuje się, że na przestrzeni najbliższych 20 lat liczba pasażerów ulegnie podwojeniu. Podobnie stanie się z liczbą samolotów pasażerskich. Koncern lotniczy Boeing przewiduje, że w ciągu nadchodzących dwóch dekad na świecie będzie potrzebnych 39 620 nowych samolotów.
Jak łatwo się domyślić, pociągnie to za sobą ogromne koszty dla środowiska. Obecnie lotnictwo komercyjne odpowiada za około 2% globalnych emisji dwutlenku węgla i za około 12% wszystkich emisji CO2 w sektorze transportu. Jednak według szacunków do 2050 r. intensywny rozwój branży lotniczej doprowadzi do potrojenia emisji. Biorąc pod uwagę, że samochody osobowe i ciężarowe stają się coraz bardziej wydajne pod względem emisji, a nawet całkowicie ją eliminują, do 2050 r. łatwo może dojść do sytuacji, w której przemysł lotniczy będzie pochłaniać jedną czwartą światowego budżetu emisji ditlenku węgla. Jeśli dodamy do tego emitowane przez ten sektor tlenki azotu, cząstki stałe, a także zanieczyszczenie hałasem to stwierdzenie, że branża lotnicza stoi przed ogromnym wyzwaniem, należy uznać za spore niedopowiedzenie.
CZYTAJ TAKŻE: Zmniejszenie emisji CO2 w transporcie drogowym. Jaka jest przyszłość aut ciężarowych?
Równoważenie emisji dwutlenku węgla
W październiku 2016 roku 191 państw zawarło pierwszy w historii układ dotyczący ograniczenia emisji gazów cieplarnianych w branży lotniczej w ramach przełomowego porozumienia ONZ. Delegaci na Zgromadzeniu Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (International Civil Aviation Organization, ICAO) przyjęli schemat zmniejszenia globalnych emisji dwutlenku węgla w obszarze lotów pasażerskich i towarowych, które rocznie wytwarzają ponad 10 000 ton gazów cieplarnianych. Projekt zakłada finansowanie sadzenia lasów oraz działań przyczyniających się do redukcji ditlenku węgla. Koszty mają wynosić około 2% rocznych przychodów sektora lotniczego.
Przewodniczący zgromadzenia ICAO uznał zawarcie porozumienia za „odważną decyzję i historyczny moment”, chociaż organizacje ekologiczne uważają, że postanowienia te nie przyczynią się w znacznym stopniu do redukcji popytu na paliwo do silników odrzutowych i emisji w transporcie lotniczym. Zastrzeżenia budzi głównie dobrowolny charakter powziętych postanowień oraz fakt, że dotyczą one mniej niż 40% zdolności przewozowej międzynarodowych pasażerskich linii lotniczych. Na dodatek porozumienie, kruche samo w sobie, jest obecnie kwestionowane przez administrację Trumpa z uwagi na zamiar wycofania się Stanów Zjednoczonych z paryskiego porozumienia klimatycznego.
ZOBACZ TAKŻE: Elektromobilność w Polsce. Autobusy napędzają rozwój
Bardziej wydaje silniki odrzutowe
Biorąc pod uwagę kwestie klimatyczne, każdy sposób na zmniejszenie zużycia paliwa jest mile widziany w przemyśle lotniczym. Międzynarodowa spółka United Technologies Corporation (UTC), produkująca silniki Pratt & Whitney oraz inne elementy wyposażenia lotniczego, wprowadziła ostatnio na rynek silnik odrzutowy Geared Turbofan, który ogłosiła „najbardziej wydajnym na świecie silnikiem odrzutowym”. Mógłby on zmniejszyć średnie zużycie paliwa w samolotach o 16%. Złożono już 8000 zamówień na ten silnik. Większość zamówionych do tej pory egzemplarzy będzie wykorzystywana w samolotach od 2020 r.
Firma UTC pracuje również nad elektryfikacją elementów, takich jak podwozie i systemy kontroli w kokpicie, które obecnie są sterowane hydraulicznie. Eliminacja oleju, przewodów giętkich i rurowych pozwala zmniejszyć masę samolotu, a co za tym idzie — zużycie paliwa.
Bardziej wydajne konstrukcje samolotów
Dzisiejsze odrzutowce są z pewnością bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa niż ich poprzednie generacje, jednak droga do dekarbonizacji sektora lotniczego musi uwzględniać też inne, bardziej strukturalne zmiany, jeśli zależy nam na dalszej redukcji zapotrzebowania na paliwo:
• Materiały i procesy: zaawansowane kompozyty, nowoczesne stopy metali służące do produkcji płatowców, scalona konstrukcja, wielofunkcyjne materiały
• Powierzchnie sterujące: winglety, zmienne nachylenie skrzydeł, inteligentne skrzydła, innowacyjne metody zmniejszania obciążenia, aktywna kontroli stabilności, struktury zmieniające kształt w zależności od warunków
• Przepływ laminarny: sterowanie hybrydowe (skrzydło i usterzenie) i naturalne (gondola i skrzydło)
• Kadłub: powłoki o niskim współczynniku tarcia, riblety, monitorowanie stanu konstrukcji
Tego typu zmiany redukują opór aerodynamiczny i masę własną samolotu, jednak istnieje obawa, że te nowe rozwiązania nie zostaną wprowadzone przez producentów samolotów dostatecznie szybko. Istnieje zatem konieczność opracowania bardziej zdecydowanych polityk efektywności energetycznej w sektorze lotniczym.
Biopaliwa
Dekarbonizacja poprzez wykorzystanie biopaliw jest prawdopodobnie najczęściej dyskutowaną i najbardziej złożoną kwestią dotyczącą przemysłu lotniczego. Długodystansowe loty wymagają użycia niezwykle wysokoenergetycznego paliwa. Niestety tradycyjne biopaliwa, takie jak etanol i biodiesel, nie nadają się do zastosowania w samolotach, ponieważ mają niską gęstość energetyczną i łatwo zamarzają w niskiej temperaturze (-30°C lub niższej). Z tego powodu wiele linii lotniczych testuje alternatywne paliwa do silników odrzutowych (alternative jet fuels, AJF).
Międzynarodowa Rada ds. Czystego Transportu (International Council on Clean Transportation, ICCT) przeprowadziła szczegółowe badania na temat paliw AJF, oceniając ich potencjał, a także związane z nimi zagrożenia z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju, kosztów oraz ograniczeń związanych z wdrożeniem tej technologii. Uznano, że intensywność emisji paliw AJF wyprodukowanych z surowców na bazie oleju roślinnego jest większa niż w przypadku konwencjonalnego paliwa do silników odrzutowych, gdy weźmie się pod uwagę skutki zmiany użytkowania gruntów. Tylko paliwo AJF pozyskane z roślin energetycznych bogatych w lignocelulozę, odpadów rolniczych i surowców odpadowych (tzw. biopaliwa zaawansowane lub drugiej generacji) umożliwiają znaczne zmniejszenie emisji w porównaniu z konwencjonalnymi paliwami do silników odrzutowych.
Badania organizacji ICCT wykazały ponadto, że istnieje kilka czynników, które ograniczają możliwość zmniejszania emisyjności sektora lotniczego poprzez upowszechnienie i stosowanie paliw AJF na dużą skalę. Są to: trwałość i dostępność surowców, koszty produkcji oraz stopień komercjalizacji.
Mimo to przemysł lotniczy nadal zamierza wykorzystywać możliwości paliw AJF. Zgromadzenie ICAO opracowało plan 2050 Vision dotyczący zrównoważonych paliw lotniczych. Zgodnie z projektem zużycie biopaliw lotniczych miałoby wzrosnąć do 5 milionów ton rocznie do 2025 r. i 285 milionów ton do 2050 r. — wystarczająco, by pokryć połowę całkowitego zapotrzebowania na paliwo lotnicze na poziomie międzynarodowym. To trzy razy więcej niż obecnie produkowana na świecie ilość biopaliw.
Plan ten był mocno krytykowany przez prawie sto organizacji ekologicznych. Obawiają się one, że produkcja na taką skalę mogłaby przyczynić się do dalszego karczowania lasów tropikalnych w celu pozyskania ziemi pod uprawę roślin, przede wszystkim palmy olejowej. Organizacja ekologiczna Biofuelwatch szacuje, że aby zrealizować założenia projektu 2050 Vision, należałoby przeznaczyć na plantacje palmy olejowej obszar trzy razy większy niż Wielka Brytania.
ZOBACZ TAKŻE: Polskiej gospodarce zabraknie prądu?
W październiku 2017 roku 25 państw członkowskich odrzuciło plan 2050 Vision dotyczący zrównoważonych paliw lotniczych w formie pierwotnie zaproponowanej przez Sekretariat ICAO i jego cele oparte na ilości. Odrzucenie projektu spotkało się z aprobatą Międzynarodowej Koalicji na rzecz Zrównoważonego Lotnictwa (International Coalition for Sustainable Aviation, ICSA), według której jego cele opracowano „na podstawie niedostatecznej analizy” i „zdecydowanie przeszacowano korzyści dla środowiska i potencjalną redukcję emisji”.
Sformułowanie zawarte w propozycji zostało następnie zmienione na „znaczny procent” do 2050 r. i projekt został zaakceptowany. Nie wiadomo jeszcze, co w praktyce rozumie się pod pojęciem „znaczny”.
Samoloty zasilane energią słoneczną
Sukces samolotu Solar Impulse 2, który jako pierwszy samolot zasilany energią słoneczną zdołał okrążyć Ziemię bez użycia paliwa, był zdumiewający. Jednak projektanci, wytwórcy i piloci maszyny stale podkreślają, że był to projekt eksperymentalny, który miał na celu zwrócenie uwagi na potrzebę latania w sposób przyjazny dla środowiska. Zamiarem twórców nie było opracowanie modelu, który można by było dostosować do wykorzystania na skalę komercyjną. Z całą pewnością udało im się jednak pokazać, że samoloty elektryczne naprawdę mają przyszłość.
Samoloty elektryczne
Firma UTC odniosła się sceptycznie do możliwości użycia silnika elektrycznego do uzyskania ciągu i siły nośnej takich jak w przypadku silników odrzutowych — pamiętajmy jednak, że UTC zarabia właśnie na silnikach odrzutowych. Firma Wright Electric, start-up z siedzibą w Los Angeles, ma na ten temat inne zdanie. Konstruuje ona komercyjny samolot pasażerski zasilany akumulatorowo, którego zasięg wynosi około 500 km. Sprawdziłby się więc na połączeniach krótkodystansowych, które stanowią 30% wszystkich lotów. Maszyna ma wymienialne akumulatory, wykorzystujące zaawansowaną technologię ogniw oraz skrzydła o dużym wydłużeniu, które pozwalają zwiększyć efektywność energetyczną podczas lotu i umożliwiają zastosowanie rozproszonego napędu elektrycznego. W wrześniu 2017 r. tani brytyjski przewoźnik EasyJet ogłosił, że razem z firmą Wright Electric do 2027 r. zamierza ukończyć projekt elektrycznego samolotu mieszczącego 180 pasażerów i zdolnego do wykonywania przewozów między Wielką Brytanią a miastami, takimi jak Paryż, Bruksela i Amsterdam.
Inna firma ze Stanów Zjednoczonych, Zunum Aero, planuje budowę hybrydowego samolotu elektrycznego o jeszcze większym zasięgu. Na początek przewiduje się małe samoloty przeznaczone dla 10–50 pasażerów, których zasięg wynosiłby 1000 km do początku trzeciej dekady XXI wieku i 1600 km do roku 2030.
Stosowanie akumulatorów jest problematyczne, gdyż ich energia właściwa wynosi około 200 watogodzin na kilogram, co oznacza 60 razy niższą gęstość energii niż w przypadku paliwa do silników odrzutowych (12 000 watogodzin na kilogram). Z kolei silnik elektryczny jest trzy razy bardziej wydajny niż silnik odrzutowy. Niemniej jednak jeden kilogram paliwa i tak pozwoli nam dolecieć znacznie dalej niż jeden kilogram akumulatora.
CZYTAJ TAKŻE: Elektromobilność. Jak zmieniać transport i komunikację, by chronić środowisko?
Wnioski: Elektryfikacja floty?
Jak wspomniano na początku, wygląda na to, że nie ma jednego sprawdzonego podejścia, które miałoby zagwarantować dekarbonizację transportu lotniczego (poza zahamowaniem rozwoju branży, co jest po prostu niemożliwe, biorąc pod uwagę ogromny popyt na usługi lotnicze i wysoką rentowność tego sektora). A jednak realna możliwość, że przemysł lotniczy do 2050 r. będzie zużywać jedną czwartą światowego budżetu emisji ditlenku węgla (opracowanego, by utrzymać temperaturę na świecie maks. 1,5°C powyżej poziomów sprzed rewolucji przemysłowej), skłania do wzmożonego wysiłku w dziedzinie dekarbonizacji tego sektora.
Elektryfikacja floty lotniczej może się wydawać odległym scenariuszem, ale nie zapominajmy, że jeszcze nieco ponad dziesięć lat temu elektryfikacja samochodów również wydawała się mrzonką. W 2005 r. całkowita liczba samochodów zasilanych akumulatorowo na drogach wynosiła zaledwie kilka setek. W 2015 było ich już ponad milion, a w ciągu 2016 r. sprzedaż wzrosła o 60%. W tej chwili na całym świecie po drogach porusza się ponad 2 miliony aut elektrycznych, ponieważ ich ceny spadły, a na rynku pojawiły się nowe modele. Międzynarodowa Agencja Energii (International Energy Agency, IEA) szacuje, że liczba aut elektrycznych wyniesie 9–20 milionów do 2020 r. i 40–70 milionów do 2025 r.
Tak duży wzrost na rynku jest możliwy dzięki szybkiemu rozwojowi w zakresie zwiększania gęstości energii akumulatorów oraz spadkowi ich cen. Jeśli te postępy technologiczne zostaną wykorzystane w sektorze lotniczym, konstruowanie samolotów elektrycznych i hybrydowych na dużą skalę może stać się możliwe szybciej, niż się spodziewamy. I tak jak w przypadku samochodów elektrycznych — kto wie, jak szybko rozwinie się technologia, jeśli zaczniemy od małych maszyn, obsługujących na przykład trasy w obrębie tego samego miasta.
ZOBACZ TAKŻE:
