ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ТОПЛИВ В АВИАЦИИ

Экономическая эффективность применения криогенных топлив в авиации Economic efficiency of using cryogenic fuels in aviation

Ь й МОСКОВСКИЙ H ^ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ^Jj ЖУРНАЛ

УДК 621.4 DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10800 Краев Вячеслав Михайлович,

доктор технических наук, доцент, Профессор кафедры «Управление персоналом», ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», kraevvm@mail.ru

Krayev Vyacheslav M., Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of Department «Human Resource Management», Moscow Aviation Institute

Аннотация. Авиационное двигателестроение всегда развивалось стремительными темпами. Находясь в рамках ужесточения экологических требований и ограниченными технологическими возможностями, авиастроители активно ищут пути выхода на новый качественный уровень по эффективности турбореактивных двигателях. В работе приводятся результаты аналитического исследования по целесообразности применения криогенных топлив в авиационных турбореактивных двигателях и возможные пути развития отрасли. В работе приводятся результаты аналитического исследования по целесообразности применения криогенных топлив в авиационных ТРД и возможные пути развития авиационной отрасли.

Summary. Aircraft engine building has always developed at a rapid pace. Being within the framework of stricter environmental requirements and limited technological capabilities, aircraft manufacturers are actively looking for ways to reach a new qualitative level in the efficiency of turbojet engines. The paper presents the results of an analytical study on the feasibility of using cryogenic fuels in aircraft turbojet engines and possible ways of developing the industry. The paper presents the results of an analytical study on the feasibility of using cryogenic fuels in aviation turbojet engines and possible ways of developing the aviation industry. Ключевые слова: авиация, криогенные топлива, экономическая эффективность, турбореактивные двигатели.

Key words: aviation, cryogenic fuels, economic efficiency, turbojet engines.

Введение

Авиационное двигателестроение всегда развивалось стремительными темпами. Главным источником такого развития являлось оттачивание технологических решений и приближение к идеальному циклу турбореактивных двигателей (ТРД). Традиционным топливом ТРД является ТС-1 и его зарубежные аналоги — группа топлив Jet A. Повышение температуры перед турбиной высокого давления на базе новых сплавов и технологий позволило, соответственно, увеличивать КПД двигателей. Прорывные технологии за всю историю авиационного двигателестроения давали скачкообразный прирост температуры в камере сгорания.

Каждый новый этап развития отмечен своим поколением ТРД. Всего их насчитывают пять, и ТРД отличаются от предшественников ростом температуры перед турбиной на 100-200 градусов. Например, ТРД 1-го поколения (конец 1940-х годов) имел температуру до 1150 К, а у ТРД 2-го поколения (1950-е гг.) температура выросла до 1250 К. В 1960-х годах у ТРД 3-го поколения этот параметр поднялся до 1450 К. ТРД 4-го поколения (19701980 гг.) температура газа дошла до 1650 К. В середине 90-х были созданы лопатки турбин двигателей 5-го поколения, работающих при температуре 1900 К. Повышение температуры в камере сгорания в дальнейшем на 50 К дает сокращение расхода топлива на 5%.

Тем не менее, такой процесс развития ограничен и не приводит к прорывным решениям по увеличению тяги, снижению расхода и т.д. Более того, Международная организация гражданской авиации (ИКАО) постоянно ужесточает требования по допустимой эмиссии С02 и NOx. Так, в 2016 году был утвержден новый стандарт по допустимой эмиссии С02 [1]. Генсек ООН одобрил предложение ИКАО о сокращении выбросов CO2 самолетами [2]. Предполагается, что стандарт с 2023 года будут применять к новым самолетам бизнес-класса с пассажировместимостью менее 19 мест. В дальнейшем ужесточение затронет остальные сегменты пассажирской авиации. После 2023 года ИКАО планирует введение норм на эмиссию NOx в полете на уровне 5.. .10 г/кг (в граммах на килограмм сгоревшего топлива) [2].

Каждый самолет нового типа, выпущенный после даты начала применения стандарта, должен будет пройти обязательную сертификацию по эмиссии СО2, подтвердив соответствие допустимому уровню нового нормируемого сертифицируемого показателя. В целом новый сертифицируемый показатель эмиссии СО2 самолетом зависит от показателей, определяющих топливную эффективность, которая в том числе определяется удельным расходом топлива силовой установки.

История самолетов на криогенном топливе началась около века назад. Так еще в 1936 году Роберт Годдард испытывал почтовый ракетоплан на жидком топливе, о чем писал популярный журнал «Техника - молодёжи» в 1937 году. В 50-х годах прошлого века компания Lockheed разработала для военных целей CL-400 Suntan. Жидкий водород был выбран из-за его предсказуемых характеристик горения и легкого веса топлива, хотя низкая плотность требовала огромного фюзеляжа для удержания необходимой топливной нагрузки [3]. Разработкой силовой установки занималась компания Pratt and Whitney [4].

Практический опыт использования водорода в авиационных двигателях в СССР начался в конце 1967 с наземных испытаний года вертолетного двигателя ГТД-350 в ЦИАМ. Первые испытания были проведены в 1967 году. В результате проведения серии успешных испытаний были отработаны технологии запуска двигателя и его плавного выхода на номинальный режим работы, устойчивой работы системы обеспечения испытаний, аварийного прекращения испытаний, плавного перехода на малом газе c керосина на водород или на природный газ [5].

Разработка летательного аппарата с двигателем на жидком водороде (проект Ту-155) в Советском Союзе началась в 1988 году. Вместо штатного центрального двигателя НК-8-2У установили экспериментальный двигатель НК-88, созданный в конструкторском бюро под руководством Н.Д. Кузнецова. Уже в 1989 году начались испытания оборудования и исследования возможностей криоплана при использовании сжиженного природного газа (проект Ту-156).

Таким образом, приведенные выше экспериментальные образцы авиационной техники на уровне предыдущих технологий показали, что применение криогенных топлив в авиации вполне возможно. Международная организация гражданской авиации (ICAO -ИКАО) нацелена до 2050 года сократить выбросы CO2 на 75% и NOx на 90% по сравнению с 2000 годом. Для достижения этих целей авиастроителям потребуется перейти на другие виды топлив [6]. В качестве альтернативы керосину предлагают биотопливо, пропан, метан, водород и т.д. Каждый из предложенных альтернативных топлив имеет как достоинства, так и недостатки.

Еще одной проблемой использования жидких углеводородных топлив, кроме загрязнения окружающей среды, является заражение топливных систем самолета микроорганизмами, потребляющими эти углеводороды [7]. В результате их жизнедеятельности в топливной системе возникают загрязнения и даже коррозия. Последствия такого заражения для авиатранспорта могут быть катастрофическими. В процессе эксплуатации самолетов авиакомпании обязаны проводить проверку топливных

баков на предмет присутствия бактерий регулярно. Комфортная температура для активного размножения таких бактерий +20.. ,+40°С.

Другие, указанные выше, альтернативные топлива — сжижений природный газ (далее — СПГ) состоящий в основном из метана, жидкий водород и жидкий пропан являются криогенными. Низкие температуры не создают благоприятную среду для развития бактерий.

Жидкий водород уже давно рассматривается как технически осуществимое топливо для нового этапа развития авиационного транспорта. При реализации таких проектов помимо сугубо научных и технологических задач потребуется решать другие, не менее важные задачи, такие как безопасность, развитие инфраструктуры, экономическая целесообразность и т.д. [8].

Принципиально важным этапом при выборе оптимального криогенного топлива является анализ теплофизических и термодинамических свойств топлив. Основные свойства топлив приведены в Табл.1.

Таблица1

Основные свойства топлив

Показатель Значение

ТС-1 (керосин) СПГ (метан) Водород Пропан

1 Плотность, кг/м3

ч Теплотворность, МДж/кг 43,5 50.0 120.0 45,9

3 Энергоемкость, МДж/м3 33855 21100 8450 26620

4 Хладоресурс, кДж/кг 1330 2830 13030 3180

5 Газовая постоянная. Дж/кгК 57,42 518.26 4124,42 115,24

6 Диапазон жидкой фазы, К при давлении 0,1 МПа Эксплуатационный 91... 111 14...20 86.. .230

Поскольку жидкий водород имеет более чем в 10 раз меньший удельный вес, чем керосин, то применение водородного топлива может привести к снижению взлетного веса самолета до 30%. [9]. Также стоит отметить в разы большую теплотворную способность водорода по сравнению с другими топливами. Низкая плотность жидкого водорода как авиационного топлива является также и его недостатком. Для водорода необходимы топливные баки существенно большего объема, чем для керосина, а это приводит к

увеличению габаритных размеров самолета и, соответственно, повышению аэродинамического сопротивления. Самолет на водородном топливе, вероятно, был бы примерно на 7 м длиннее своего традиционного аналога [10].

Из всех перспективных топлив жидкий водород имеет самую низкую температуру кипения, что накладывает дополнительные требования по хранению и транспортировке. Особенность водорода — высокая экологичность — выделяет его из ряда криогенных топлив. Продуктом сгорания водорода является водяной пар. Второе существенное преимущество водорода заключается в очень широком диапазоне — от 4 до 75% — содержания водорода в горючей смеси. Т.е. водородный двигатель может работать как на сильно обедненных, так и напротив, очень богатых смесях. Авторы [11] провели исследования и полагают, что даже небольшие, до 10%, добавки водорода намного расширяют пределы воспламеняемости керосино-воздушной горючей смеси, что раскрывает дополнительные возможности для эффективного сверхзвукового горения в гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателях. Теплота сгорания водорода в 2,8 раза, а у СПГ на 17% выше, чем у любого из известных видов нефтепродуктов, следовательно, в единице массы газового топлива больше энергии.

Еще одним видом криогенного топлива является пропан. Газ получается при переработке нефтепродуктов. Несколько лучшими свойствами обладает метан, который является основным компонентом природного газа. Метан имеет теплотворную способность выше, чем у пропана и керосина. Природный газ, как основной источник метана, намного дешевле любого другого альтернативного авиационного топлива, так как его производство заключается в основном в добыче, очистке и транспортировке потребителю, и не включает энергозатратные химические и технологические процессы.

Исходя из теплофизических свойств перспективных авиационных топлив приходим к выводу, что реальной альтернативой керосину может быть жидкий водород и сжиженный природный газ (СПГ). Как мы уже говорили выше, ИКАО нацелена решительно на снижение уровня выбросов от авиатранспорта. В ближайшее десятилетие предполагается сократить выбросы CO2 на 20-40%. СПГ как раз подходит для достижения этих целей. Для достижения экологических показателей, сформулированных ИКАО, они также подходят.

В последние 10 лет происходит разворот гражданского авиационного двигателестроения в сторону экологических топлив - водорода и метана. В 2016 году совершил свой первый полет проект водородного самолета HY4 [12]. Главной особенностью HY4 является электрический двигатель, использующий энергию, произведенную водородным топливным элементом. Низкотемпературные мембранные

топливные элементы с протоннообменной мембраной превращают химическую энергию в электрическую. Водородное топливо находилось в газообразном состоянии в баках под высоким давлением. По схожей схеме был создан и испытан в 2020 году самолет компании ZeroAvia [13, 14]. В рамках переделки в водородную версию на самолет Piper Malibu Mirage были установлены топливные ячейки с низкотемпературной протонообменной мембраной. Водород для обеспечения работы двигательной установки находился на борту в газообразном виде.

Стоит отметить ряд недостатков, которые были выявлены на опытных образцах самолетов. Приведенные выше летательные аппараты имеют ограничение по пассажировместимости и мощности двигателей. Применяемые двигатели являются электрическими. С одной стороны, они просты в использовании и обслуживании. С другой - уступают по удельной мощности авиационным ГТД. Причем в расчет удельной мощности электродвигателей не включается вес топливных ячеек, которые являются неотъемлемой частью двигательной установки. В компании Siemens заявили, что последняя модель авиационного электродвигателя может быть применена при создании самолетов со взлетной массой более 2-х тонн. Т.е. на сегодняшний день выявляется еще один недостаток авиационных электродвигателей - ограничение по тяге. Для использования в пассажирской авиации такое ограничение носит принципиальный характер. Поэтому усилия межгосударственных проектов сконцентрированы на создание новой газотурбинной установки на криогенном топливе.

В 2011 году был инициирован Европейский проект AHEAD (Advanced Hybrid Engines for Aircraft Development). Основной задачей проекта AHEAD была оценка целесообразности создания перспективного многотопливного самолета с новой гибридной двигательной установкой [6]. В рассматриваемой конфигурации самолета предполагалось использовать нетрадиционные источники энергии, такие как сжиженный природный газ (СПГ) и жидкий водород. Гибридная силовая установка имеет новую схему, в которой применяется низкоэмиссионная двойная последовательная система сжигания топлива. Основываясь на результатах этого проекта в 2020 году Airbus представила три концепта самолетов с нулевым уровнем выброса углекислого газа. Все самолеты должны летать на водородном топливе. Программа была названа ZEROe - «нулевая эмиссия» [15]. Первые полёты ZEROe Airbus планирует совершить уже в 2035 году.

Первый концепт этого проекта — это самолет с турбовентиляторным двигателем, который вмещает до 200 пассажиров и может пролететь более 3700 км за раз. В этом

самолете используются модифицированные газотурбинные двигатели, работающие на водороде вместо керосина.

Второй концепт — это турбореактивный самолет, вмещающий около 100 пассажиров для рейсов на короткие расстояния (до 1850 км). Двигатели это самолета также работают на жидком водороде.

Компания также представила третий концепт с использованием схемы «летающее крыло» в V-образной формы. Этот самолет будет вмещать до 200 пассажиров и совершать полеты на расстояния более 3700 км.

Все три самолета будут оснащены гибридными водородно-воздушными двигателями. Водород используется в качестве топлива для сжигания с кислородом. Кроме того, водородные топливные элементы вырабатывают электрическую энергию, которая дополняет мощность ТРД. В результате чего разработчики планируют получить высокоэффективную гибридную двигательную установку. Стоит отметить, что Airbus предполагает создавать новые двигательные установки, где сгорание водорода будет давать основную тягу двигателя.

Разработки самолета на криогенном топливе проводятся и в России. В 2018 году в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) прошли испытания лёгкого самолёта на криогенном топливе [16]. В ЦАГИ проводились испытания модели лёгкого конвертируемого самолёта с внешним баком для криогенного топлива. В ходе исследований выявлено, что установка внешнего бака вызывает ожидаемое снижение аэродинамического качества и путевой устойчивости, но в целом не требует изменения основных параметров компоновки. Ранее уже были проведены испытания модели криоплана с Н-образным оперением. Далее специалистам ЦАГИ предстоит выяснить влияние бака на аэродинамические характеристики на режимах взлета и посадки, а также исследовать ряд модификаций по уменьшению негативного воздействия внешнего бака на аэродинамику самолета. Легкий конвертируемый самолет может использоваться как для пассажирских, так и для грузовых перевозок без изменения типовой конструкции. Летательный аппарат сможет перевозить 50 пассажиров на расстояние 1500 км или 6 тонн груза на дальность 1000 км. Его крейсерская скорость составляет 480 км/ч.

Для комплексного подхода изучения возможности применения криогенных топлив -водорода и метана - необходимо провести как анализ технических возможностей создания двигателей на новом топливе, так и оценить экономическую эффективность. Причем

такие оценки должны включать полный цикл использования топлива - от затрат на его производство до размещения в топливных баках самолета.

На первом этапе рассмотрим стоимость производства водорода и метана (СПГ). Внедрение в авиацию жидкого водорода по мнению [9] может стать ключом к снижению эксплуатационных расходов, связанных с топливом. Применение водородного топлива может привести к снижению взлетной массы до 30% за счет меньшей удельного веса водорода по сравнению с керосином. Однако низкий удельный вес водорода представляет серьезное неудобства его применения в авиации. Даже в жидком виде водород легок. Он более, чем в 10 раз легче керосина. Т.е. на борту самолета по его размещение нужно отвести соответствующие объемы, что влияет не объем полезной нагрузки и/или аэродинамические характеристики самолета [17]. Причем повышение давление не позволяет снизить удельный объем жидкого водорода [18].

Применение водорода имеет ряд других недостатков. Проблемами применения водородного топлива посвящена статья [19]. Авторы предостерегают от эйфории будущего использования водорода как топлива. Во-первых, авторы сомневаются в сильном снижении цен на водородное топлива при его массовом применении с сегодняшних 100 долларов за килограмм. Второй недостаток связан с использованием протоннообменных мембранных топливных элементов. Дело в том, что пока их стоимость остается высокой — около 7000$/кВт, срок службы в условиях напряженной эксплуатации в разя ниже срока службы двигателя сгорания и КПД в указанных условиях не превышает 35%. Т.е. применение электродвигателя вместо турбореактивного двигателя менее выгодно.

Сравнение затрат на производство водорода и СПГ явно не в пользу водорода. Если СПГ является природным ресурсом и его производство заключается в добыче, очистке и транспортировке к месту использования, то водород в требуемых объемах в природе не содержится и его производство представляет более сложный и многовариантный процесс. Самый простой и дешевый способ получения водорода — паровой риформинг (или паровая конверсия) метана. Энергия для реакции риформинга вырабатывается при сжигании природного газа. Менее распространенный способ — электролиз воды -процесс деления воды на водород и кислород с помощью электричества. Высокотемпературный электролиз - часть подаваемой энергии является электрической, а часть-тепловой, что повышает эффективность всего процесса. В термохимических циклах вода разделяется на водород и кислород цепью химических реакций. Биотехнологическое

производство водорода осуществляется за счет жизнедеятельности микроорганизмов в процессе водородной ферментация.

Анализ практического применения водорода как топлива рассмотрен в работах английских ученых на примере городского общественного автотранспорта. Сточки зрения экологической чистоты горение водорода является идеальным. Однако не все методы получения водорода отличаются экологической чистотой. В настоящее время основным методом является паровой риформинг (или паровая конверсия) метана, т .е. природного газа, одним из отходов технологического процесса является СО2. Т.е., если рассматривать экологичность всего современного процесса применения водорода от его получения до окисления в энергоустановке, то такой процесс уже нельзя назвать экологически чистым. В другой работе эти же авторы провели анализ экономической целесообразности получения водорода путем электролиза от солнечных батарей. В результате исследований было обнаружено, что суммарные затраты солнечной электролизной системы в 15 раз превышают затраты парового риформинга природного газа. Таким образом, производство водорода экономически нецелесообразно с помощью солнечной энергии и электролиза воды, а единственным экономически выгодным методом получения водорода на сегодняшний день, является паровой риформинг природного газа, т.е. того же метана. Анализ источников энергии для парового риформинга природного газа показывает, что производство водорода на буром угле обещает экономичное преимущество по сравнению с производством водорода на базе установок парового риформинга природного газа.

Т.е. рассматривая сам по себе процесс производства водорода мы приходим к выводу, что современные технологии производства водорода являются или экологически чистыми и дорогими, или недорогими и экологически грязными.

Изучение различия между СПГ, новыми и традиционными авиационными топливами показали, что СПГ обладает преимуществами по разным показателям. По сравнению с традиционным авиационным топливом, СПГ обладает еще большими, чем керосин, природными запасами, которые можно использовать более 100 лет. СПГ также имеет широкий диапазон воспламеняемости, до 4-х раз ниже керосина выбросы NOx и стоимость в 3 раза ниже авиационного керосина. В качестве потенциального авиационного топлива СПГ также может быть использован для охлаждения высокотемпературных компонентов двигателя пре его газификации.

Результаты расчёта экономической целесообразности конверсии самолета Lockheed C-130 Hercules с керосина на СПГ говорят о том, что массовое переоборудование под СПГ приведет к снижению затрат на топливо 80%. В зависимости от количества

переоборудованных с керосина на СПГ Lockheed C-130 Hercules экономический эффект составит от 10% до 80%.

Возможность использования СПГ в качестве альтернативного авиационного топлива, обладающего хорошими физико-химическими свойствами рассмотрена многими авторами. Работы показывают высокий потенциал использования СПГ с точки зрения качества процессов сгорания и выбросов. Воспламенение СПГ показывает более равномерное распределение температуры. Процесс горения СПГ проходит быстрее, чем авиационного керосина. Сгорание происходит главным образом в начальной зоне камеры сгорания, что может позволить уменьшить геометрические размеры камеры сгорания. Т.

0. процесс производства СПГ на уровне современных технологий является относительно недорогим и экологически чистым процессом.

Еще одной научно-технической задачей при переходе на криогенное авиационное топливо является оптимизация способов хранения водорода и СПГ на борту самолета. Для СПГ определен один наиболее подходящий способ - в жидком виде. Такой вариант не потребует принципиальных изменений в конструкции самолетов, т.к. удельный объем СПГ чуть более 1.5 раз превышает удельный объем авиационного керосина. С хранением жидкого водорода на борту возникают сложности.

Вариант хранения жидкого водорода под высоким давлением не подходит, так как топливные баки должны быть рассчитаны на давление 35-70Мпа. Мы уже рассмотрели вариант хранения при высоком давлении и пришли к выводу, что для авиационной области такой вариант не подходит. Хранение водорода в криогенной форме возможно, но требует очень низких температур. Температура фазового равновесия при нормальном атмосферном давлении - 14К. Хранение водорода при такой температуре требует применения специальных теплоизоляционных покрытий и материалов.

Хотя жидкий водород обладает преимуществами как топливо, он имеет также ряд недостатков, проявляющихся при его использовании:

1. для хранение жидкого водорода необходима тепловая изоляция высокого уровня,

2. топливные баки с жидким водородом все же необходимо наддувать до 2 бар,

3. заправочное оборудование должно предотвращать попадание воздуха в топливный бак с водородом, т.к. при температуре хранения жидкого водорода компоненты воздуха будут уже находиться в твердом состоянии и могут повлиять на работу всей топливной системы,

4. продувка топливных магистралей с целью удаления воздуха возможна только с использованием гелия.

Хранение водорода на борту самолета возможно не только в чистом виде. Как вариант хранения авторами рассматриваются химические способы. Т.е. хранение водорода в виде его химических соединений. Гидриды металлов представляют собой металлические соединения водорода. Эти соединения могут быть использованы в качестве механизма хранения с их способностью как поглощать, так и выделять водород. Гидриды металлов на уровне современных технологий могут удерживать водород, равный примерно 5-7% от их веса. И это является с серьезным недостатком, поскольку вес металлического гибрида будет чрезмерным для авиационной техники. Еще один вариант химического хранения водорода это углеродные нанотрубки. Они представляют собой трубчатые углеродные структуры размером 2 нанометра, и теоретически эти структуры могут хранить водород в трубчатой структуре. Применительно к авиации такой способ тоже пока не применим из-за их большой массы. Стеклянные микросферы являются наиболее современным способом хранения водорода. К недостаткам применения в авиации в массовом порядке стоит отнести сложность самой технологии их использования.

Кроме хранения водорода на борту самолета необходимо решить также задачу по изменению технологии заправки самолетов в аэропортах и его хранения там. Как вариант, возможно производство водорода непосредственно в аэропорту. К СПГ также предъявляются схожие требования по хранению, однако они менее жесткие.

Если говорить о целесообразности применения СПГ при заправке в России, то целесообразность несколько выше, чем, например в Европе или Азии. Стоимость затрат на транспортировку СПГ с других материков представляет собой значительную (до 30%) составляющую. Т. о., страны добывающие (производящие) СПГ, а России находится в их числе, уже имеют определенное преимущество перед другими странами в цене на СПГ.

Подведем итог основных недостатков водорода как топлива на текущем уровне технологических возможностей. Во-первых, водород относительно дорог. Затраты на хранение водорода на два порядка больше, чем для жидких углеводородных топлив. Не исключено, что при больших объемах его производства, его цена снизится, но и спрос вырастет. Во-вторых, само производство водорода не является экологически чистым, т.к. практически весь водород производится путем парового риформинга природного газа. СО2 является основным «отходом» такого производства. Получение водорода путем электролиза в разы дороже. В-третьих, водородная инфраструктура пока не развита. И, в-четвертых, применение топливных элементов для преобразования химической энергии в электрическую снижает надежность и суммарный КПД всей двигательной установки.

Ключом к запуску и распространению водорода на самолетах является решение проблем хранения и производства и достижение технологического прогресса в этой области.

По сравнению с водородом СПГ не настольно экологически чист при сгорании, как водород, но его производство, транспортировка и хранение существенно дешевле. Поскольку в современной отрасли авиационных перевозок экономическая эффективность играет не последнюю роль, то на уровне современных технологий применение СПГ более целесообразно. Водород как топливо также имеет перспективу, которая определяется уровнем технологических решений для его производства, транспортировки и хранения.

Выводы

Проведенный анализ показывает, что в настоящее время перспективной альтернативой традиционному углеводородному авиационному топливу - керосину -является СПГ. Основным преимуществом СПГ перед жидким водородом является существенно низкая стоимость его производства, транспортировки и хранения. Второе важное преимущество - близкий керосину удельный вес, что не потребует поиска принципиально новых конструктивных решений компоновки самолетов. Водород, несомненно, идеален как топливо с точки зрения экологии. Однако применение жидкого водорода в качестве авиационного топлива зависит от решения множества задач, которые носят исключительно научно-технологический характер. Без решения этих задач производство, транспортировка и хранение жидкого водорода будет несравнимо дороже СПГ. Учитывая темпы развития криогенной отрасли и заинтересованность ведущих государств в экологичном авиационном транспорте можно надеяться на решение указанных в работе проблем и массовом применении жидкого водорода через 10-15 лет. До этого времени единственной альтернативой авиационному керосину является СПГ.

Список литературы

1. Борьба с изменениями климата. Генсек ООН одобрил предложение ИКАО о сокращении выбросов CO2 самолетами. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://tass.ru/obschestvo/2653037

2. ЦИАМ в ИКАО: история и современность. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://ciam.ru/press-center/news-partners-and-cm/ciam-icao-history-and-modernity/?sphrase id=55337

3. Ben R. Rich. Lockheed CL-400 Liquid Hydrogen-Fueled Mach 2.5 Reconnaissance Vehicle. A Statement by Col. Norman C. Appold of the Sun Tan Project Office-Dec. 1958

4. Liquid Hydrogen as a Propulsion Fuel, 1945-1959. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://history.nasa.gov/SP-4404/ch8-9.htm

5. 50 лет первым в нашей стране испытаниям авиадвигателя на водороде. 27 Октября 2017. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://ciam.ru/press-center/news/50-years-of-the-first-soviet-testing-of-an-aircraft-engine-on-hydrogen/

6. Advisory Council for Aeronautics Research in Europe (ACARE), "Flight path 2050 Europe's vision for aviation", Report of the High-Level Group on Aviation Research, Publication Office of European Union, 2011, ISBN 9789279197246

7. Hu, W. Lin, J. Zeng, X. Yu. Profiling the microbial contamination in aviation fuel from an airport. Biofouling 35(8). 2019. P.1-14.

8. Ugurlu, S. Oztuna. A comparative analysis study of alternative energy sources for automobiles. International Journal of Hydrogen Energy. 2015. 40

9. Rondinelli, A. Gardi, R. Kapoor, R. Sabatini. Benefits and challenges of liquid hydrogen fuels in commercial aviation. International Journal of Sustainable Aviation. 2017 3(3). P. 200

10. Kamiya, M. Nishimura, E. Harada. Study on Introduction of CO2 Free Energy to Japan with Liquid Hydrogen. Physics Procedia. 2015. 67. Р.11-19

11. Разносчиков В.В., Чепанов А.И.. Анализ использования криогенных и газовых топлив в силовых установках магистральных самолетов. Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта. 2008. № 134. С. 12-25

12. The plane that runs on hydrogen and emits only water. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://edition.cnn.com/travel/article/hy4-fuel-cell-plane/index.html

13. Climate Solutions. Can airplanes go green? [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.washingtonpost.com/climate-solutions/2020/07/31/electric-airplane/

14. Building on a breakthrough: Firm wants hydrogen plane to fly further. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.euronews.com/video/2020/10/22/building-on-a-breakthrough-firm-hoping-to-extend-range-of-hydrogen-powered-plane

15. Towards the world's first zero-emission commercial aircraft. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.airbus.com/innovation/zero-emission/hydrogen/zeroe.html

16. ЦАГИ исследует легкий конвертируемый самолет с модифицированным хвостовым оперением. [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://tsagi.ru/pressroom/news/4184/

17. Hwang, H. T., & Varma, A. Hydrogen storage for fuel cell vehicles. Current Opinion in Chemical Engineering. 2014. vol. 5, p. 42-48

18. Zhang, F., Zhao, P., Niu, M., & Maddy, J. The survey of key technologies in hydrogen energy storage. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. vol. 41, N 33, p. 14535-14552

19. D. Doty. A realistic look at hydrogen price projections. Doty Scientific, Inc. Columbia, SC. 2004. P.1-10

20. Краев В.М., Тихонов А.И., Силуянова М.В. Перспективы развития авиационного

двигателестроения_для_энергетики_и_нефтегазовой_отрасли.

СТИН. 2020. №4. С. 7-11.

21. Краев В.М., Силуянова М.В., Тихонов А.И. Задачи создания сверхзвуковой гражданской авиации в России. СТИН. 2020. № 4. С. 2-7.

22. Краев В.М., Силуянова М.В., Тихонов А.И. Подходы к разработке моделей жизненного цикла отечественной авиационной техники. Московский экономический журнал. 2019. №_1. С. 52.