Самолёты на масле? Теперь это реально!

Самолёты — одни из самых серьёзных загрязнителей атмосферы, но в Томске решили, что хватит это терпеть, и взялись за разработку биотоплива. Что это за топливо такое, и чем оно лучше обычного керосина?

Все мы слышали про загрязнение воздуха машинами и заводами, но мало кто задумывается о том, что авиаперелёты тоже оставляют приличный «углеродный след». Было бы неплохо сократить выбросы, ведь традиционное топливо — это нефть и её производные.

Так подумали и учёные Томского политехнического университета, которые решили создать что-то более «зелёное» для самолётов, а именно — биотопливо.

Что такое биотопливо и зачем оно нужно?

Итак, биотопливо — это любой вид топлива из биомассы, то есть из чего-то, что когда-то росло (или бегало), будь то растения или даже отходы органического происхождения.

Фишка биотоплива в том, что при его сжигании выбрасывается меньше углекислого газа, и иногда его прям совсем немного, если считать тот углерод, что был поглощён растениями в процессе их роста. Получается что-то вроде замкнутого цикла, который не раздувает климатический кризис.

Существуют разные виды биотоплива, и давайте разберёмся, чем они отличаются.

Биоэтанол — это спирт, который получают из растений, например, кукурузы или сахарного тростника. Он активно используется в автомобильной промышленности, его даже можно смешивать с обычным бензином. Правда, для самолётов биоэтанол не очень подходит — тут нужны более сложные и энергоёмкие решения.

Биодизель — делается из растительных масел или животных жиров. А что, вполне себе: нажарил картошки, а масло — на топливо. Биодизель часто используют в грузовиках и автобусах, но и для авиации его уже начали тестировать. К тому же, его тоже можно смешивать с обычным дизелем.

Биогаз — продукт разложения органики. Когда биомасса разлагается, она выделяет метан, который можно собрать и использовать как топливо. Биогаз активно применяют для производства электричества и тепла, но для авиации он пока не подходит из-за проблем с хранением и транспортировкой.

Синтетическое биотопливо — вот оно как раз и подходит для самолётов. Это сложные синтезированные соединения из биомассы или отходов, которые по характеристикам похожи на обычное углеводородное топливо.

Вот и томские политехники решили двигаться в этом направлении.

В чём секрет их разработки?

Главная фича такого биотоплива — в том, что оно создаётся не только из растительных масел, но и из отходов нефтепереработки. Экологично и практично.

В ТПУ используют разные типы масел: талловое, рыжиковое, рапсовое и даже отходы кулинарных масел. Всё это смешивается с нефтяными остатками, что помогает не только утилизировать отходы, но и создать топливо с уникальными характеристиками.

Для того, чтобы его создать, сырьё сначала обрабатывают в установках каталитического крекинга и гидрокрекинга, а потом проходит через процесс Фишера-Тропша.

Каталитический крекинг — это процесс, который «разбивает» большие молекулы сырья на более мелкие, что делает его более пригодным для создания топлива. Гидрокрекинг — похожий процесс, но с добавлением водорода, что помогает получать топливо более высокого качества. А процесс Фишера-Тропша — это превращение газа в жидкое топливо, из которого потом можно делать, например, авиационный керосин.

На выходе учёные получают промежуточный продукт, который потом делят на фракции — в том числе и керосин, который подходит для авиации.

Почему это топливо круче обычного?

Главное, что новое топливо лучше сохраняется, чем обычные нефтяные аналоги. Томские политехники сделали топливо более термоокислительно стабильным, а значит, меньше подвержено окислению при высоких температурах.

А это важно, ведь в полёте топливо постоянно нагревается и остывает, и может со временем «портиться». А вот у биотоплива от ТПУ таких проблем нет — самолёты на нём работают надёжнее и чище.

В этом топливе ещё и меньше ароматических соединений — тех самых веществ, из-за которых при сжигании образуется сажа. Меньше сажи — чище воздух.

Так что самолёты на биотопливе будут летать гораздо экологичнее, и это хорошо.

Испытания и перспективы

Сейчас у томских учёных есть всего несколько десятков миллилитров нового топлива — да, это совсем немного, но для тестов хватает.

В лаборатории биотопливо показало такие же результаты, как и обычное топливо, когда проверяли его зажигание и горение.

Это хороший знак, ведь основная цель — сделать топливо, которое можно сразу заливать в самолёты, без всяких доработок.

Основная задача при синтезе биотоплива — его полная совместимость с существующей авиационной отраслью. Согласно стандарту биотопливо должно отвечать таким же требованиям, как и традиционное углеводородное топливо. Однако можно выделить несколько преимуществ нашего продукта. Наше биотопливо обладает лучшей термоокислительной стабильностью, что минимизирует окисление топлива и изменение его характеристик во время полёта, когда его используют в качестве теплоносителя. Также биотопливо характеризуется лучшими показателями дистилляции, что влияет на снижение длительности процесса подготовка топливной смеси. митрий Глушков профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ

Нна этом они не собираются останавливаться. Учёные работают над расширением сырьевой базы и хотят протестировать топливо на реальных двигателях, в будущем они хотят убедиться, что их биотопливо сможет полноценно заменить нефтяное и его реально будет выпускать в промышленных масштабах.

Что дальше?

Возможно, уже скоро самолёты будут летать на биотопливе и не будут так загрязнять всё вокруг, как сейчас, когда это действительно ощущается.

По данным Международной организации гражданской авиации (ICAO), на долю авиации приходится около 2-3% всех глобальных выбросов углекислого газа.

Это кажется немного, но если учесть, что количество полётов постоянно растёт, то цифры выглядят внушительно: за 2019 год мировая авиация выбросила примерно 915 миллионов тонн CO2.

ак выглядит карта выбросов CO₂ от внутренней авиации на душу населения на 2018 годourworldindata.org А эт — для международных перелётовourworldindata.org

Кроме того, самолёты выбрасывают не только СО₂. Есть ещё оксиды азота (NOx), которые способствуют образованию озона в верхних слоях атмосферы (плюс к парниковому эффекту). А также сажа, аэрозоли и много чего ещё, что тоже загрязняет воздух.

Конечно, до полётов на томском биотопливе ещё далеко — надо наладить производство в больших объёмах, провести все необходимые тесты и сертификации. Но первый шаг уже сделан.

А если заглянуть ещё дальше, кто знает? Может, однажды и ракеты будут летать на биотопливе. Вопрос экологии становится всё острее, мир меняется, и будущее точно будет за более чистыми и безопасными технологиями. Это ли не здорово?

Компании

Дмитрий Глушков

Томский политех