Авіаційна галузь десятиліттями залишається залежною від викопного палива, тому пошук альтернативи традиційному авіаційному гасу став одним із ключових напрямів розвитку сучасного літакобудування. Одним із найамбітніших проєктів у цій сфері є Airbus ZEROe — програма створення пасажирського літака, який використовуватиме водень як основне джерело енергії. Коли Airbus представив ZEROe у 2020 році, компанія показала одразу кілька концепцій: турбореактивний літак на 120–200 пасажирів, турбогвинтову машину місткістю до 100 пасажирів і футуристичний лайнер із компонуванням «змішане крило». Спочатку значна частина досліджень була присвячена безпосередньому спалюванню водню в модифікованих газотурбінних двигунах, однак згодом стратегія змінилася. У 2025 році Airbus визначив водневі паливні елементи та електричні двигуни як найперспективніший напрям програми. Тому сьогодні Airbus ZEROe правильніше розглядати не як одну готову модель із затвердженими характеристиками, а як масштабну технологічну програму, яка має показати, чи здатна воднева авіація стати реальною альтернативою традиційним пасажирським літакам.
Як працюватиме водневий літак Airbus ZEROe
Схема Airbus ZEROe
У нинішній концепції Airbus ZEROe водень не планують спалювати у звичайній авіаційній турбіні. Рідкий водень зберігатиметься у спеціальних кріогенних баках, після чого подаватиметься до паливних елементів. Усередині них водень вступатиме в електрохімічну реакцію з киснем із навколишнього повітря, у результаті чого вироблятиметься електроенергія. Через силову електроніку вона надходитиме до електродвигунів, які обертатимуть повітряні гвинти та створюватимуть тягу. Представлена Airbus дослідницька конфігурація передбачає чотири електричні рушійні установки потужністю приблизно по 2 МВт кожна та два баки з рідким воднем.
Головна відмінність такої системи від традиційного реактивного двигуна полягає у відсутності процесу горіння. Паливний елемент перетворює хімічну енергію водню безпосередньо на електричну, а основним продуктом реакції стає вода. Відповідно, водневий літак Airbus ZEROe з паливними елементами не повинен утворювати під час польоту вуглекислий газ і оксиди азоту, характерні для високотемпературного спалювання палива. Проблема полягає в іншому: авіаційні паливні елементи повинні одночасно бути дуже потужними, компактними, легкими та надійними. Для великого пасажирського літака потрібні системи мегаватного класу, а зайва маса обладнання безпосередньо зменшує дальність польоту та корисне навантаження.
Як Airbus випробовує водневі технології
Двигун Airbus ZEROe
Робота над ZEROe вже давно не обмежується комп’ютерними моделями та футуристичними рендерами. Airbus поступово випробовує окремі компоненти майбутньої воднево-електричної силової установки, щоб з’ясувати, чи можна об’єднати їх у систему, придатну для цивільної авіації. У 2023 році компанія продемонструвала водневу паливно-елементну силову систему потужністю близько 1,2 МВт. Наступного року випробування охопили вже цілий комплекс компонентів — паливні елементи, електродвигуни, редуктори, інвертори та системи відведення тепла. Саме тепловий режим є особливо важливим, адже навіть високоефективні паливні елементи утворюють значну кількість тепла, яке необхідно відводити без використання надто важких радіаторів і теплообмінників.
Окремо Airbus працює над системами зберігання та подачі рідкого водню. Разом із партнерами компанія створила спеціальні стенди, на яких випробовується рух кріогенного палива між резервуарами, трубопроводами та силовою установкою, а також контроль температури й тиску. Важливий етап програми запланований на 2027 рік у Мюнхені, де мають провести інтегровані наземні випробування системи подачі водню разом із паливними елементами та електричним приводом. Крім того, Airbus співпрацює з MTU Aero Engines над створенням водневої паливно-елементної силової установки для цивільної авіації. Таким чином, ZEROe поступово переходить від перевірки окремих технологій до створення повноцінної системи, яку в перспективі можна буде сертифікувати та встановити на пасажирський літак.
Чому зберігання водню є однією з головних проблем
Контейнери для зберігання водню
Водень має дуже високу енергетичну цінність у перерахунку на одиницю маси: один кілограм водню містить значно більше енергії, ніж кілограм авіаційного гасу. Проте за об’ємом ситуація протилежна. Навіть у рідкому стані водень має приблизно вчетверо меншу об’ємну енергетичну щільність, ніж гас, а отже для однакового запасу енергії літаку потрібні значно більші паливні резервуари. Для авіації Airbus орієнтується передусім на рідкий водень, тому що газоподібний H₂ займав би ще більше місця та потребував би дуже важких балонів високого тиску.
Щоб водень залишався рідким, його потрібно підтримувати при температурі близько −253 °C. Це вимагає складних кріогенних баків із високоефективною теплоізоляцією та системами контролю тиску. Звичайне авіаційне пальне можна зберігати безпосередньо в порожнинах крил, тоді як баки для рідкого водню найкраще працюють у циліндричній або близькій до сферичної формі. Тому їх, найімовірніше, доведеться розташовувати переважно всередині фюзеляжу, що впливатиме на кількість пасажирських місць, центр ваги та загальне компонування літака. До цього додається явище поступового випаровування водню через надходження тепла з навколишнього середовища. У результаті майбутній водневий літак доведеться проєктувати фактично навколо його паливних резервуарів, а не просто замінити гас на водень у конструкції звичайного Airbus.
Читайте також: Як легше перенести тривалий переліт і зміну часових поясів: 8 порад від експертів
Чи буде ZEROe справді літаком без викидів
Схема двигуна Airbus ZEROe
Воднево-електрична силова установка ZEROe має важливу екологічну перевагу: під час польоту вона не повинна створювати прямі викиди CO₂. Оскільки в паливних елементах немає високотемпературного горіння, не утворюються й оксиди азоту, які є одним із проблемних компонентів викидів сучасних реактивних двигунів. Саме тому Airbus говорить про перспективу «нульових викидів» під час польоту. Проте така характеристика стосується передусім роботи самого літака, а не всього циклу виробництва та використання водневого палива.
Загальний екологічний ефект багато в чому залежатиме від того, звідки береться водень. Найбільші переваги матиме так званий зелений водень, отриманий шляхом електролізу води за допомогою електроенергії з відновлюваних або інших низьковуглецевих джерел. Якщо ж водень виробляти з природного газу без уловлювання значної частини CO₂, його вуглецевий слід буде набагато більшим. Додаткова енергія також витрачається на зрідження, транспортування та зберігання H₂. Окреме питання — водяна пара, яку утворюють паливні елементи. На великій висоті вона потенційно може впливати на формування конденсаційних слідів, а їхній кліматичний ефект ще вивчається. Тому ZEROe точніше називати літаком без прямих вуглецевих викидів у польоті, ніж повністю безвикидним літаком у широкому кліматичному сенсі.
Які літаки зможе замінити ZEROe
Airbus A220
Станом на сьогодні Airbus не оголосив остаточну пасажиромісткість і дальність майбутньої серійної версії ZEROe. Перші концепції 2020 року давали значно ширше уявлення про можливості програми. Турбогвинтовий варіант мав перевозити до 100 пасажирів на відстань понад 1 000 морських миль, а турбореактивний — 120–200 пасажирів на дистанцію понад 2 000 морських миль. Проте обидві ці концепції створювалися в період, коли Airbus активно досліджував безпосереднє спалювання водню. Після переходу до паливних елементів фінальна архітектура майбутнього літака фактично формується заново.
Найреалістичнішою сферою для першого покоління водневої авіації вважаються короткі та регіональні маршрути. На невеликих дистанціях літаку потрібно менше водню, а отже можна зменшити розміри кріогенних баків і втрати корисного простору всередині фюзеляжу. Тому перший серійний ZEROe потенційно може бути ближчим за ринковим призначенням до регіональних літаків класу ATR 72, ніж до Airbus A320neo. Безпосередньою заміною A320 або навіть A220 він стане лише в тому випадку, якщо інженерам удасться суттєво збільшити питому потужність паливних елементів і покращити технології зберігання рідкого водню. У довгостроковій перспективі саме це може відкрити шлях водневим технологіям у сегмент великих вузькофюзеляжних літаків.
Чому аеропорти також доведеться змінювати
Заправка Airbus ZEROe
Навіть успішне створення Airbus ZEROe не означатиме автоматичної появи масової водневої авіації. Сучасні аеропорти десятиліттями розвивали інфраструктуру навколо авіаційного гасу, який відносно легко транспортувати, зберігати й подавати до літака. Рідкий водень потребуватиме зовсім іншої системи. Аеропортам знадобляться кріогенні резервуари, обладнання для приймання й перекачування водню, спеціальні заправні машини або трубопроводи, датчики витоків, ефективна вентиляція та нові правила пожежної і вибухової безпеки.
На початковому етапі, коли кількість водневих літаків залишатиметься невеликою, паливо можна буде доставляти до аеропорту спеціальними автоцистернами. Але якщо ZEROe та подібні літаки почнуть експлуатуватися масово, знадобляться значно більші обсяги водню. У такому випадку біля великих аеропортів можуть з’явитися власні установки для виробництва або зрідження водню, великі сховища та трубопровідні системи. Airbus уже розвиває ініціативу Hydrogen Hubs at Airports, у межах якої співпрацює з аеропортами, авіакомпаніями та енергетичними компаніями. Тому майбутнє водневої авіації залежить не лише від успіху інженерів Airbus: без достатньо широкої мережі заправки навіть технічно досконалий водневий літак матиме дуже обмежені можливості для комерційної експлуатації.
Коли може з’явитися перший серійний водневий Airbus
Airbus ZEROe в небі
Коли Airbus уперше представив програму ZEROe у 2020 році, одним із головних орієнтирів було введення першого водневого комерційного літака в експлуатацію приблизно до 2035 року. На той момент компанія розглядала кілька різних концепцій і припускала, що протягом наступних п’ятнадцяти років технології встигнуть пройти весь шлях від експериментів до сертифікованого пасажирського літака. Однак подальші дослідження показали, що перехід на водень є складнішим, ніж проста заміна одного виду палива іншим. Необхідно одночасно створити нову силову установку, кріогенні баки, паливну систему, теплове керування та зовсім іншу архітектуру літака.
У 2025 році Airbus переглянув дорожню карту ZEROe та перестав подавати 2035 рік як однозначно гарантований термін комерційного запуску. Нині основна увага зосереджена на дозріванні окремих технологій. Інтегровані наземні випробування водневої системи заплановані на 2027 рік, після чого необхідно буде перейти до повномасштабних демонстраторів, льотних випробувань і тривалої сертифікації. Не менш важливими є виробництво доступного низьковуглецевого водню та готовність аеропортів до його використання. Тому друга половина 2030-х років або навіть пізніший період сьогодні виглядають реалістичнішим орієнтиром для появи першого серійного водневого Airbus. Водночас навіть затримка ZEROe не означатиме провалу проєкту: програма вже змушує авіаційну галузь переосмислювати принцип роботи двигуна, конструкцію літака, паливну логістику та саму модель функціонування аеропортів.
