Autor: Grażyna Śleszyńska

Analizuje zjawiska makroekonomiczne i polityczne. Współtworzyła Forum Ekonomiczne w Krynicy

Wielki comeback sterowców

Uwieczniony na filmie obraz płonącego zeppelina „Hindenburg” na dziesięciolecia zepchnął sterowce w niebyt. Teraz, po 80 latach banicji, wracają – szybsze, bezpieczniejsze i niosące obietnicę niskoemisyjnego transportu lotniczego cargo.
Wielki comeback sterowców

(©PAP)

W drugiej połowie XX wieku niebo zawojowały samoloty odrzutowe. A sterowce? Nikt nie wierzył, że kiedykolwiek podniosą się po głośnych katastrofach z lat 30.: brytyjskiego „R101” podczas dziewiczego rejsu do Indii w 1930 r., amerykańskiego „USS Akron”, który podczas sztormu runął do Atlantyku na Wschodnim Wybrzeżu USA w 1933 r., i tej najgłośniejszej – niemieckiego „LZ 129 Hindenburg”, który spłonął podczas lądowania w New Jersey w 1937 r. Niemieckie sterowce, od nazwiska ich konstruktora, hrabiego Ferdinanda von Zeppelina, zwane zeppelinami, były w przeciwieństwie do amerykańskich pompowane łatwopalnym wodorem. Stany Zjednoczone, które kontrolowały w okresie międzywojennym światową produkcję helu, ustanowiły bowiem zakaz jego eksportu (nawet do Wielkiej Brytanii). Po tragedii w New Jersey Amerykanie znieśli embargo, lecz nie udało się już wskrzesić wiary w sterowce.

Podczas II wojny światowej marynarka wojenna USA wykorzystywała swoje sterowce do tropienia U-Bootów, ale produkcja nowych zamarła. Historycy uważają, że gdyby Niemcy kontynuowały program zeppelinów, alianci mogliby przegrać bitwę o Atlantyk. Hitler miałby bowiem flotę sterowców dalekiego zasięgu, siejących spustoszenie na środkowym oceanie, poza zasięgiem sojuszniczych myśliwców. A na froncie wschodnim Wehrmacht nie dałby się zamknąć w kleszcze w kotle stalingradzkim. Z tego punktu widzenia uziemienie sterowców przysłużyło się światu.

Nowe rozdanie

Zbliżający się wielkimi krokami podatek od CO2 zmieni równanie kosztów w lotnictwie, które odpowiada za 14 proc. emisji CO2 generowanych przez sektor transportu. Prognoza ta skłania do poszukiwania rozwiązań o niższym poziomie zużycia energii i emisji CO2. O ile trudno dziś wyobrazić sobie sterowce jako alternatywę dla lotnictwa pasażerskiego, o tyle realne jest włączenie ich do powietrznego transportu towarowego. Z powodzeniem mogłyby przejąć część światowego rynku frachtu lotniczego (wartego 120 mld dol.), morskiego (ponad 200 mld dol.) i wielokrotnie potężniejszego (ponad 3 bln dol.) drogowego rynku przewozu towarów, zwłaszcza na obszarach o słabo rozwiniętej infrastrukturze.

Trudno dziś wyobrazić sobie sterowce jako alternatywę dla lotnictwa pasażerskiego, ale realne jest włączenie ich do powietrznego transportu towarowego.

Sterowcowy fracht byłby nieoceniony w Arktyce. „Osierocone” zasoby naturalne i skupiska ludzkie na Dalekiej Północy stanowią wyzwanie dla rządzących w Kanadzie, w Rosji, w Norwegii, na Alasce i na Grenlandii. Z braku infrastruktury lotniskowej loty w te miejsca są utrudnione i drogie, a ich ślad węglowy przyspiesza fatalne w skutkach topnienie arktycznego lądolodu. Żegluga jest bardziej opłacalna, ale kontenerowce wymagają budowy portów głębinowych. Przyjazne środowisku zeppeliny o wysokim tonażu byłyby rozwiązaniem optymalnym.

Fantastyka? Niekoniecznie

W artykule pt. „Argumenty za przywróceniem do użytku sterowców”, opublikowanym na portalu naukowym Springer, naukowcy z Międzynarodowego Instytutu Analizy Systemów Stosowanych (IIASA) proponują wykorzystanie prądu strumieniowego w transporcie cargo przez sterowce na trasach transkontynentalnych. Ich zdaniem pozwoliłoby to zmniejszyć zużycie paliwa o, bagatela, 96 proc. Statki towarowe unosiłyby się przy silnym wietrze na wysokości powyżej 12 km, ze średnią prędkością 160 km/h, deklasując morskie frachtowce.

Prądy strumieniowe przenoszą olbrzymie masy powietrza zawsze z zachodu na wschód – np. z Szanghaju do Los Angeles, z Nowego Jorku do Londynu czy z Frankfurtu do Bombaju – cyrkulując w sposób ciągły. Naukowcy z IIASA obliczyli, że pokonanie dystansu odpowiadającego 180 stopniom długości geograficznej (czyli tyle, ile ma półkula ziemska w układzie południkowym) ze wspomaganiem północnego prądu strumieniowego zajęłoby sterowcowi 8 dni, a trasą południową – 7 dni. Żegluga morska nie miałaby z nim szans ani pod względem czasu, ani emisji CO2.

Drugim argumentem na rzecz wskrzeszenia sterowców, jaki podnoszą naukowcy z IIASA, jest zmniejszenie kosztów szybkiej dostawy towarów, szczególnie w regionach oddalonych od wybrzeża. I wreszcie trzecim – możliwość transportu wodoru bez potrzeby jego stratogennego skraplania, co obniżyłoby koszty rozwoju gospodarki opartej na wodorze. Sterowce transportujące wodór z natury rzeczy byłyby nim wypełnione, więc ze względów bezpieczeństwa musiałyby być bezzałogowe. Po dotarciu do celu wypompowano by 60–80 proc. wodoru, pozostawiając 20–40 proc. na drogę powrotną. Aby przeciwdziałać ryzyku zapłonu wodoru, autorzy artykułu sugerują zautomatyzowanie obsługi, załadunku i rozładunku sterowców wodorowych oraz projektowanie tras lotu w taki sposób, aby omijały miasta.

Aby przeciwdziałać ryzyku zapłonu wodoru sugeruje się zautomatyzowanie obsługi, załadunku i rozładunku sterowców oraz projektowanie tras lotu z ominięciem miast.

Hel na wagę złota

W przeciwieństwie do nieszczęsnego „Hindenburga” nowoczesne sterowce wykorzystują hel. I wbrew pozorom wcale nie są helożerne. Raz wpompowany gaz służy stale. Rocznie ulatniają się tylko śladowe ilości wymagające uzupełnienia. Hel jest gazem nieco cięższym, ale bezpieczniejszym niż wodór. Niestety jednak rzadkim i dlatego drogim. W miarę, jak podaż helu spada, jego ceny idą w górę. Zasoby helu, który jest pozyskiwany w drodze rektyfikacji zaazotowanego gazu ziemnego, są często marnowane, ponieważ jego odzysk opłaca się tylko przy odpowiednio wysokim stężeniu w złożach gazu ziemnego. Pytanie, co będzie, jeśli zabraknie helu. Być może powróci koncepcja wykorzystania wodoru – jak sugerują naukowcy z IIASA – ale to oznaczałoby ograniczenie wykorzystania sterowców do frachtu.

Czy wodór zdetronizuje napęd elektryczny samochodów?

Brytyjczycy prekursorem odrodzenia sterowców

Jak dotąd największe sukcesy odniosła brytyjska firma Hybrid Air Vehicles (HAV). W ramach joint venture z Northrop Grumman, światowym gigantem przemysłu zbrojeniowego, realizowała kontrakt warty 517 mln dol. Na zamówienie US Army w 2012 r. skonstruowała HAV 304, sterowiec hybrydowy, łączący cechy aerostatu (statku wypełnionego gazem lżejszym od powietrza, czyli wodorem lub helem) i maszyny latającej cięższej niż powietrze, czyli samolotu czy śmigłowca. Miał on służyć podczas misji wywiadowczych w Afganistanie. Amerykanie zmienili jednak koncepcję, więc prototyp nie miał szans na wejście do produkcji. Jednak firma HAV nie złożyła broni. Dzięki wsparciu brytyjskiego rządu i dotacjom unijnym odkupiła egzemplarz demonstracyjny sprzedany Amerykanom i przebudowała go, nadając mu nazwę Airlander 10. Nie obyło się bez trudności, ale prototyp otrzymał certyfikację Europejskiej Agencji ds. Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA) i rozpoczęto przygotowania do produkcji. Testowany model wznosi się na wysokość 6 km, może przebywać do 5 dni w powietrzu, zabiera 10 ton ładunku i ma zasięg niemal 7500 km. Maszyna przeznaczona do wykonywania lotów frachtowych miałaby ładowność 50 ton. Wówczas szacowany koszt transportu wyniósłby 0,50 dol. za tonę/km, czyli około jednej trzeciej tego, co w przypadku Lockheed C130 Hercules.

Maszyna w kształcie gigantycznego delfina ma trójwarstwowe poszycie, zbudowane z kombinacji kompozytów węglowych. Wypełniona helem ma cztery silniki Diesla, napędzane trójpłatowymi śmigłami, zapewniającymi ciąg niezbędny w locie i podczas manewrów. Każdy silnik jest dodatkowo wyposażony w generator o mocy 50 kW, wytwarzający energię elektryczną dla systemów sterowca. Napęd elektryczny może być wykorzystywany w czasie lotu zamiennie ze spalinowym. Airlander nie wymaga płyty lotniskowej, może lądować blisko centrów miast, a nawet na wodzie. Rozwija prędkość przelotową do 150 km/h, wykorzystując wektorowanie ciągu typu śmigłowcowego podczas startu i lądowania.

Firma HAV utrzymuje, że napęd hybrydowy (Airlander jest więc hybrydą zarówno z punktu widzenia konstrukcji aerodynamicznej, jak i źródła napędu) umożliwia zmniejszenie emisji spalin o 75 proc. Usprawnienie silników elektrycznych (konstruktor współpracuje z Collins Aerospace i University of Nottingham w tym zakresie) poprawi ten wynik do 90 proc. Problem spalin zostanie całkowicie wyeliminowany wraz z zastosowaniem wodorowego ogniwa paliwowego, które ma to do siebie, że w ogóle nie uwalnia CO2.

Peleton globalnego wyścigu

W sierpniu 2020 r. firma HAV otrzymała sowitą dotację (1 mln funtów) z UK Aerospace Research and Technology Programme, która pozwoli na pełne wdrożenie tego bezzałogowego supersterowca, pilotowanego przez moduł sztucznej inteligencji i nie emitującego ani dźwięku ani spalin. Docelowo chce produkować 40 statków powietrznych rocznie i zatrudniać 2 tys. pracowników w łańcuchu dostaw w klastrze wodorowym w Teesside w Północnej Anglii.

A konkurencja nie śpi. Francuska firma Flying Whales zaprojektowała model LCA60T, mogący pomieścić 60 ton. Maszyna znakomicie nadawałaby się do zaopatrywania rozległych połaci kanadyjskiej Dalekiej Północy, dlatego rząd prowincji Quebec zainwestował w przedsięwzięcie 23 mln dol. Pomysł podchwycili też Chińczycy, czego owocem jest joint venture między Flying Whales a China Aviation Industry General Aircraft (CAIGA). Partnerzy chcą w ciągu 10 lat skonstruować 150 potężnych sterowców, długich na 150 metrów (podobnie jak Airbus 380 czy Boeing 737) i wysokich na 40 metrów, przeznaczonych do transportu cargo do miejsc w Azji o słabej infrastrukturze drogowej oraz ryzykownych warunkach lotniskowych.

Amerykański koncern Lockheed Martin pracuje w swojej kalifornijskiej fabryce nad własnym statkiem towarowym, łączącym cechy poduszkowca i sterowca, według koncepcji zaprezentowanej podczas Paris Air Show w 2015 r. Brytyjski start-up Varialift Airship miał mniej szczęścia niż Hybrid Air w ubieganiu się o pomoc swojego rządu, ale znalazł ją po drugiej stronie Kanału La Manche. Francuzi udostępnili mu nieużywane lotnisko wojskowe w Châteaudun w Dolinie Loary, gdzie powstaje pierwszy prototyp maszyny ARH 50. Firma dąży do uzyskania pełnej certyfikacji w 2023 r. Konstrukcyjnym novum będą panele słoneczne zamontowane na aluminiowej powłoce.

Boeing 747 potrzebuje co najmniej 70 ton (prawie 90 tys. litrów) paliwa lotniczego, aby przelecieć przez Atlantyk. Szef firmy Varialift Airship twierdzi, że ARH 50, o tej samej ładowności co 747, zużyje na trasie atlantyckiej zaledwie 5 ton przy prędkości 300 km/h. Sam przelot byłby rzecz jasna dłuższy o kilka godzin, ale to bez znaczenia, skoro można zredukować koszty eksploatacji o ponad 60 proc. Model ARH 50 ma być też o niebo tańszy i kosztować 1/4 tego, co Boeing 747.

Gdy już powstanie flota kilkudziesięciu egzemplarzy, sterowce będą latały ze znacznie mniejszą częstotliwością i prędkością, a także niżej niż samoloty. Wszystko to będzie wymagało opracowania mapy korytarzy i zasad ruchu, tak jak ma to miejsce w przypadku samolotów. Zeppeliny, nawet po ulepszeniach konstrukcyjnych, nadal będą wrażliwsze na warunki atmosferyczne niż samoloty. Bez odpowiedzi pozostaje pytanie, czy efekt skali ostatecznie obniży koszty produkcji sterowców na tyle, by przejęły one istotny procent kontynentalnego i międzykontynentalnego transportu ładunków.

(©PAP)

Otwarta licencja


Tagi


Artykuły powiązane

Czy wodór zdetronizuje napęd elektryczny samochodów?

Kategoria: Analizy
Długi czas ładowania, wysoka cena, nadmierna waga, wreszcie rzadkość występowania litu i kobaltu –akumulatory używane w samochodach elektrycznych są główną przeszkodą w rozwoju tego typu napędu. Dlatego koncerny motoryzacyjne pracują nad ogniwami, które wykorzystują wodór.
Czy wodór zdetronizuje napęd elektryczny samochodów?

Wodór przyszłością transportu

Kategoria: Analizy
O ile w ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych postępy robią przemysł i energetyka, a nawet rolnictwo, o tyle transport drepcze w miejscu. Na horyzoncie widać jednak kolejne zmiany, a nawet jedną potencjalną rewolucję.
Wodór przyszłością transportu

Wodór w motoryzacji potrzebuje wsparcia

Kategoria: Analizy
Europejska branża motoryzacyjna dała wyraźny sygnał, że rządy państw Unii Europejskiej powinny zacząć aktywnie wspierać inwestycje związane z budową stacji ładowania samochodów wodorowych, a także zacząć dopłacać do zakupu takich pojazdów. Apel, a także decyzje rządów Chin i Korei, jak również zapowiedzi koncernów motoryzacyjnych dotyczące produkcji nowych modeli aut z ogniwami paliwowymi to znak, że wodór w motoryzacji może wejść do gry.
Wodór w motoryzacji potrzebuje wsparcia