skip to main content
Nové technologie

Proč bude budoucnost letadel patřit hybridům

3 minuty čtení

Od 50. let udělala letecká doprava neuvěřitelně velký skok, co se výkonu i efektivity motorů týče. Ano, závěry nedávných studií se shodují na tom, že současné technologie jsou na hranicích svých možností. Víc energie z klasických paliv už za smysluplných podmínek vydolovat nepůjde.

Stále rostoucí počet pasažérů vyžaduje víc letadel, což představuje vyšší spotřebu paliva a s tím související větší emise skleníkových plynů. To všechno skončí jen tehdy, až se povede najít alternativu ke klasickým fosilním palivům.

Letecký průmysl se dnes na celkové produkci oxidů uhlíku vypouštěného do atmosféry podílí zhruba 2,4 procenta. V rámci dopravní branže produkují letadla plných 12 procent z celkového objemu emisí skleníkových plynů. Problém je, že tahle čísla mají v budoucnu dál růst, a to hlavně kvůli Asii, kde zažívá letecká doprava už několik let neuvěřitelný boom.

Odhaduje se, že v roce 2028 vzroste počet kilometrů nalétaných za jediný rok o plných 60 procent na 12 bilionů a že se stejně tak rozroste i globální flotila – prý až o 43 procent na 39 tisíc letadel. Důsledkem samozřejmě bude i nárůst emisí skleníkových plynů – podle Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) až o více než 300 procent. Tedy pokud se do té doby lidé neodvrátí od fosilních paliv a nepřijdou s alternativou, jakou je například elektřina.

Komplexní řešení problému je složitější a budeme se k němu propracovávat léta. V letecké branži se však už teď připravují alespoň dílčí zlepšení. Inspirací pro výrobce jsou automobilky a jejich hybridy. Motory využívající zčásti klasický a zčásti elektrický pohon mohou pomoct výrazně snížit objem emisí skleníkových plynů, a stát se tak smysluplným mezičlánkem na cestě za vývojem motorů poháněných výhradně elektřinou či vodíkem.

Ostatně letecký průmysl ani nemůže zůstat stranou, už kvůli důkazům svědčícím o tom, že rostoucí množství skleníkových plynů v atmosféře víc a víc urychluje globální klimatické změny.

Auta na hybridní pohon sice nesnižují objem emisí tolik jako elektromobily, ale produkují jen necelou polovinu toho, co auta na benzin či naftu. U letadel sice bude výzva hybridní motor vůbec vymyslet a stejně tak bude potřeba mnoha náročných testů a schvalování ze strany úřadů, přesto je nasnadě, že se právě tuhle variantu povede realizovat mnohem dřív, než vzlétne první letadlo na čistě elektrický pohon.

Laťka je výš než u aut

Výzkum elektrifikace dopravy urychlují celosvětové snahy řešit důsledky raketově rostoucího množství produkovaných skleníkových plynů v atmosféře, mezi které patří především katastrofální sucha a zvyšující se hladiny oceánů a moří. Nejvyspělejší země na světě se – stejně jako jednotliví výrobci (a největší producenti skleníkových plynů) – sice zavázaly, že budou objem emisí snižovat, jejich množství v atmosféře však přesto dál roste. Loni o 2,7 procenta.

Podle údaje Mezinárodní asociace leteckých dopravců vzrostly jen v téhle branži emise v období od roku 2013 do roku 2018 o 26 procent. Aby se tahle nepříznivá čísla přinejmenším zastavila, je potřeba přijít co nejdříve s nějakým řešením. Ostatně jinak budou dopravci mimo jiné čelit i sankcím na základě Dohody OSN o omezení a snížení emisí oxidu uhlíku, která jim ukládá, aby zastropovali objem emisí nejdéle na úrovni roku 2020. Jinými slovy, aby začal objem emisí nejpozději od roku 2021 klesat.

Podle agentury Emissions Analytics, která se specializuje na sběr a vyhodnocování dat o emisích, je z dlouhodobé perspektivy nejlepším řešením přesedlat co nejdříve právě na hybridy. Závěr přitom zohledňuje i vývoj v automobilové dopravě. Ten je sice rychlý, ale neočekává se, že by elektromobily dominovaly dřív než v roce 2040. To samé platí i pro letadla, tím spíš, že čistě elektrický pohon bude vyžadovat ještě komplikovanější řešení.

Hybridní letecké motory budou zčásti dál spalovat klasický kerosen, zčásti budou využívat „čistou“ elektřinu získávanou z baterií nebo z článků spalujícících vodík. Kombinovaný pohon budou moci letadla využívat ve všech fázích letu. Vedle snížení emisí to samozřejmě povede i ke snížení spotřeby konvenčního paliva, v tomto případě už zmiňovaného kerosenu, což je pro aerolinky druhá největší nákladová položka.

Řešení problému

Přinejmenším jeden pokus přenést některé funkce klasického motoru na elektřinu (učiněný v menším měřítku) už byl úspěšně podniknut, realizace se však bohužel nedočkal. Přišly s ním v roce 2016 firmy Safran Landing Systems a Honeywell. Vyvinuly systém elektrického pohonu, jenž snižoval emise i spotřebu paliva zvlášť u krátkých letů. Problém byl v tom, že v té době klesly ceny paliva, tím pádem se celá věc pro nezájem aerolinek dala k ledu.

V praxi už se testovalo i několik menších hybridních letadel. Například letoun e-Genius, vyvinutý Stuttgartskou univerzitou, který absolvoval přinejmenším dva úspěšné přelety Alp s relativně složitým systémem pohonu sestávajícím z elektrického motoru, baterií, generátoru a vestavěného spalovacího motoru. Koncem loňského roku absolvoval úspěšný test i hybridní letoun vyvinutý Siemensem a firmou Diamond Aircraft Industries.

Ve vývoji jsou i mnohem ambicióznější projekty hybridních letadel. K těm nejnovějším patří nedávno avizovaná spolupráce Airbusu s aerolinkou SAS. Jejich cílem je vyvinout hybridní letoun pro dálkové lety. Koncem června odhalily na pařížské Air Show projekty nejen Airbus, ale i Safran, Daher a izraelský startup Eviation. O hybridní technologii projevil velký zájem i tradiční výrobce leteckých motorů, britský Rolls-Royce, který už v té souvislosti převzal vývoj projektu eAircraft od Siemensu v Le Bourget.

Baterie versus palivové články

Co se samotné hybridní technologie týče, i ta se dál vyvíjí. Řeší se dilema, zda zůstat u klasických li-ion baterií, které se dnes houfně využívají v autech nebo v chytrých telefonech, nebo se vydat cestou palivových článků například na spalování vodíku. Obě varianty mají své výhody i nevýhody.

Největším handicapem baterií je jejich velikost. Pokud by šlo o baterie vyráběné současnou technologií, musely by být obří, aby byly schopné akumulovat dost energie na pohon komerčního letounu. K tomu se druží ještě jeden problém: lithiové baterie mají relativně nízkou kapacitu, co se poměru výkonu k velikosti týče.

Klasický letecký motor spalující kerosen je ve srovnání s nimi daleko efektivnější. V letounu s hybridním pohonem bude samozřejmě tenhle handicap vyrovnávat fakt, že se elektromotor střídá s konvenčním motorem.

Myslet se musí i na rychlejší dobíjení baterií, protože letouny mívají mnohdy mezi lety přestávku jen zhruba 30 minut. Zatímco u aut se jde cestou rychlého nabíjení, u letounů se zatím preferuje možnost baterii vyjmout a vyměnit za novou, nabitou.

Tuhle variantu prý v tichosti testuje i Tesla a koketuje s ní i čínský výrobce elektromobilů Nio. Pokud se výměnu baterií povede realizovat u aut, nic nebrání tomu, aby se stejný systém později aplikoval i u letadel.

Lithiové baterie mají i jiné nevýhody, jako třeba fakt, že plných 61 procent celosvětové výroby kontroluje Čína. Ta samá asijská velmoc je současně třetím největším těžařem surového materiálu, lithia, často označovaného s odkazem na ropu za bílé zlato, a současně skupuje naleziště v zemi s druhým největším potenciálem na světě, v Chile.

Vodíkové články

Další zkoumanou alternativou jsou palivové články na vodík. Téhle suroviny je na světě na rozdíl od lithia nadbytek, a navíc je její spalování mnohem efektivnější než pohon z baterie i než klasický motor spalující kerosen – nabídne až 33,3 kilowatthodiny oproti 11,9 kilowatthodiny, jež vygeneruje srovnatelný motor s pohonem na kerosen, a 0,5 kilowatthodiny výkonu baterií.

V palivových článcích se elektrochemickou reakcí směšují vodík s kyslíkem, což uvolňuje energii. Jedinými vedlejšími produkty tohoto procesu jsou teplo a voda.

Před třemi lety vzlétl ve Stuttgartu první letoun poháněný motorem na čistě vodíkový pohon. Čtyřmístné letadlo HY4 se udrželo ve vzduchu 10 minut, pak úspěšně přistálo. Loni v říjnu bylo v Singapuru představeno první regulérní dopravní letadlo na vodík. Ačkoli je zatím bráno s rezervou, firma, která s ním přišla, má prý už několik poptávek od místních aerolinek.

Spousta lidí z branže vidí budoucnost právě v motorech na vodík. Dokonce i Národní úřad pro letectví a kosmonautiku (NASA) uvažuje o tom, že právě vodík bude v budoucnu pohánět rakety na jejich cestě do vesmíru. Celkem nedávno pak NASA zaštítila program na Illinoiské univerzitě, jehož cílem je vyvinout plně elektrickou leteckou platformu, která by jako metodu skladování energie využívala zmrazený tekutý vodík. S ideou pohonu na vodík mimochodem NASA pracuje už několik let.

I vodík má ale svá negativa. Protože se v přírodě nevyskytuje v čistém stavu, je potřeba jej získávat buď z vody, oddělením od atomů kyslíku, na které je vázaný, nebo ze vzduchu, oddělením od atomů uhlíku. Nákladný je nejen proces, který je k tomu potřeba, ale i samotné uskladňování. V případě získávání vodíku ze vzduchu jsou pak vedlejšími a nežádoucími produkty metan a další skleníkové plyny.

Čeká nás ještě dlouhá cesta a jedna z největších výhod hybridního pohonu je, že to letecké dopravě zajistí čas potřebný k tomu, aby se dotáhl vývoj jiného pohonu než klasického na fosilní paliva.