Požadavky na snižování energetické spotřeby nejrůznějších strojů a spotřebičů a zpřísňující se ekologická kritéria se nevyhýbají ani letecké dopravě.
Letecká biopaliva 1. a 2. generace a jiné inovace
Tak zvané palivové příplatky jsou sice výhodným řešením pro letecké společnosti, ale energetickou bilanci letecké přepravy nijak nezlepšují, naopak přispívají ke konzervování jejího bezútěšného stavu.
Nadějnějším a technicky i ekonomicky perspektivnějším řešením jsou inovace letadel a systémů jejich pohonu. Jako velmi slibná cesta se v poslední době, vedle trendu ke snižování hmotnosti letadel, jeví nahrazování klasického leteckého paliva - kerosinu, tzv. biopalivy. V jistém smyslu lze říci, že jde o přenos myšlenky používat biopaliva z oblasti pozemní dopravy i "do vzduchu". Úplné anebo částečné nahrazení dosavadní pohonné hmoty pro letadla přinese vedle úspory ropy jakožto zdroje pro výrobu kerosinu i ekologickou výhodu, protože odpadové spaliny ze stroje létajícího na biopalivo se dostávají do ovzduší v radikálně menším množství než spaliny z kerosinu.
Firma Boeing už oznámila, že do konce roku 2010 hodlá požádat o certifikaci pro letecké biopalivo, a stejným směrem uvažují i výrobci a instituce v Německu a dalších evropských zemích s vyspělou leteckou výrobou.
BIOPALIVA NEJSOU BEZ PROBLÉMŮ
Pokud dojde k brzké certifikaci, pak by se používání biopaliv, pro něž se už ujímá označení "biokerosin", mezi leteckými společnostmi rozšířilo během několika málo let. Avšak zatím je nutno vyřešit ještě řadu problémů.
Jedním z nich je ten, že biokerosin musí mít stejnou energetickou hustotu jako dnes používaný kerosin. Té ale dosud ani biopaliva používaná v automobilové dopravě, tzv. biopaliva první generace, nedosahují.
Jiným problémem, který dnes objektivně omezuje šíření osevních ploch plodin pěstovaných kvůli výrobě biokerosinu (hlavně řepky olejné), je fakt, že nelze rozšiřovat tyto plochy na úkor ploch osetých plodinami určenými pro potravinářský průmysl. To je záležitost, kterou si v poslední době řada států světa začala ostře hlídat. Pokud by biokerosin měl nahradit veškerý v současné době letadly spotřebovávaný kerosin, muselo by k tomu být 20 % veškeré zemědělsky užívané půdy na zeměkouli oseto bioplodinami určenými pro jeho výrobu, ale to je samozřejmě nežádoucí a nemyslitelné.
Je nutno počítat i s více či méně odlišnými vlastnostmi biokerosinu ve srovnání s kerosinem, kteréžto vlastnosti zatím nejsou dostatečně prozkoumány a otestovány. Je zde např. riziko, že při letech ve velkých výškách by biokerosin už při venkovních teplotách kolem -5oC zamrzal, tvořil vločky a mohlo by docházet k ucpávání trubek a čerpadel v pohonném ústrojí. Někteří odborníci doporučují, aby se místo biokerosinu vyráběného z řepky (tj. metylesteru) používalo etanolu či metanolu, který netvoří při mrazu vločky. Ale tyto alkoholy nemají potřebnou gravimetrickou energetickou hustotu, - ta je u nich o více než polovinu nižší než u kerosinu. Metylester je vhodný jako palivo přimíchávané do dieselového paliva u nákladních automobilů, ale ne pro letadla. Navíc by používání bioalkoholů znamenalo, že letoun by musel s sebou nést i velké nádrže s tímto palivem, což v době, kdy se usiluje všemožně o snížení hmotnosti letadel, není žádoucí.
Jsou i jiné důvody pro závěr, že biopaliva první generace nemohou současný kerosin nahradit, a že nanejvýše se mohou do něho přimíchávat, tak jako se to dělá v automobilové dopravě u automobilů s dieselovým pohonem.
BIOPALIVO 2.GENERACE: BTL
Jako daleko slibnější se jeví biopaliva druhé generace. I ta se sice získávají z plodin, které dávají základní biomasu k výrobě biokerosinu první generace. Na rozdíl od nich se však k výrobě paliva používají už nejen květy a plody, nýbrž i listy, kořeny a stvoly. Takto zpracovávané biopalivo je nazývá zkratkou BTL (Biomass to Liquid). Úroda z polí se pak chemicky náročnými procesy zpracovává na podoby energeticky vysoce účinné kapaliny.
Při spalování takto vyrobeného BTL paliva se sice uvolňuje do vzduchu určité množství CO2, ale je to, jak se zjistilo, stejné množství, jaké rostlina při svém růstu odebrala z atmosféry, takže bilance CO2 je neutrální.
ZDROJEM BUDOU I MOŘSKÉ ŘASY
Plochy oseté bioplodinami na souši nelze z objektivních ani subjektivních příčin rozšiřovat, a tak je logické, že vědci i letecké společnosti začali uvažovat o využívání energetických zdrojů z moří. Lufthansa si objednala průzkum, který zjistil, že mořské řady mají vysokou energetickou hodnotu, a tak počítá s jejich využíváním pro výrobu biokerosinu. Ta by měla podle informací zmíněné společnosti do roku 2020 z jedné desetiny nahradit dosud používaný kerosin.
Do té doby však Lufthansu a subjekty, které s ní a pro ni budou na tomto projektu pracovat, čeká ještě hodně práce. Je nutno postavit příslušná zpracovatelská zařízení, provádět náročné testy, a v neposlední řadě i dosáhnout toho, aby vše bylo schůdné i ekonomicky - zatím je totiž výroba biokerosinu přibližně desetkrát dražší než výroba klasického kerosinu.
POKROK NEJEN U BIOPALIVA
Nejde však jen o palivo - kvůli šetření energií a ekologickým standardům se musí změnit mnohé i v konstrukci letadel. To je stále jasněji se rýsující požadavek, jehož existenci si neradi přiznávají hlavně velcí výrobci letadel, kteří realizují tučné zisky ze stále početných zakázek hlavně na velká letadla pro dopravu pasažérů. Jejich postoje přispívají k setrvačnosti v dosavadních trendech konstrukce a montáže letounů a jejich pohonných ústrojí.
Vedle toho ale tuto setrvačnost způsobují i jiné faktory, např. ten, že životnost letadla A380 anebo podobného stejně velkého stroje činí 20 až 25 let, a po tuto dobu stroj musí sloužit, aby se jeho provozovateli zaplatil a aby mu přinesl obchodní zisk. Takže pokud se mají Airbusy vyrábět údajně ještě dalších 25 let, znamená to, že poslední z nich by měly létat ještě v prvním a druhém desetiletí druhé poloviny 21. století. Jde přitom o stroje, u nichž je možno biokerosin používat jen ve velmi omezené míře.
PŘÍDAVNÝ POHON
Přesto se ale v inovacích zaměřených na snižování spotřeby paliva, zvýšení rychlosti létání anebo zvýšení účinnosti pohonů letadel dosahuje zajímavých a pozoruhodných výsledků. Uveďme příklad týkající se účinnosti motorů: v posledních desetiletích se postupně stále zvětšovaly lopatky oběžného kola větráku, tzv. "fanu", který vhání do pohonného ústrojí vzduch. Lopatky však nemohly obíhat rychleji než do určité hranice, protože rychlost pohybu lopatkových špiček je omezená. Proto se zrodil nápad vybavit pohony letadel dodatečným pohonným ústrojím, které by podobně jako u automobilů redukovalo počet otáček. Tento přídavný pohon má být umístěn mezi fan a pohánějící turbínu, a má umožnit oběma těmto součástem, aby běžely s optimálním počtem otáček, a tak aby dosahovaly optimálního stupně účinnosti. Turbina se otáčí rychle, fan pomalu. Od tohoto řešení si konstruktéři je navrhující slibují aspoň 15% úsporu paliva.
Takto upravený motor už byl podroben zkušebním letům v letadle Jumbo-jet a v A340. Od roku 2012 se má tento systém zabudovávat do letadel série C vyráběných kanadskou firmou Bombardier.
Jinou cestou se vydal výrobce pohonů Rolls-Royce. Ten dává přednost otevřenému rotoru (Open Rotor)se dvěma protiběžnými vrtulemi, jež vhánějí vzduch do spalovací komory turbiny. Ještě je však zapotřebí vyřešit velmi mnoho problémů, např. nadměrnou hlučnost.
KOMPRESOR REDUKUJÍCÍ VÍŘENÍ, "ŽRALOČÍ TRUP"
Firma Airbus pracuje na vývoji nového křídla, jehož funkci doplňuje kompresor, který odsává vzduch křídlo obtékající při letu. Díky tomu pak nedochází ke vzniku brzdivých vírů, které mohou způsobit výkyvy letounu.
Kromě toho firma konstruuje (na bázi poznatků bioniky) letoun se "žraločím trupem", přesněji řečeno s trupem, jehož plášť je pokryt šupinami podobnými těm, jež kryjí povrch těla žraloků, a umožňují jim hladce překonávat odpor vody a rychle plout. Jde o "nalepení" šupinatého pláště na celý trup letadla. Od takto krytého trupu se očekává, že bude lépe odolávat turbulencím. Vedlejším, ale samozřejmě důležitým efektem tohoto řešení je podle jeho navrhovatelů redukce tření a snížení spotřeby paliva. Výsledky výzkumů naznačují, že redukce tření dosažená pomocí speciálně upravených povrchů může vést ke značným úsporám paliva - např. je odhadováno, že snížení tření o 1 % může ročně ušetřit aeroliniím až 200 tisíc dolarů a nejméně 25 tisíc galonů (téměř 95 tis. litrů) paliva na jedno letadlo, a podobně impozantní je i snížení emisí vypouštěných do vzduchu.
Bionika se uplatnila i při konstrukci vnitřní části křídel nového Airbusu A380, kde byl využit obdobný design jako mají lehké kosti ptačích křídel, jimiž se vývojáři inspirovali.
NÁVRHY POVAHY SPÍŠE ORGANIZAČNÍ, PŘÍPADNĚ AŽ KURIOZNÍ
K dosažení úsporných a ekologických cílů dneška a blízké budoucnosti mají přispět i obecně proklamované záměry a zásady, jimž nelze upřít ani dobrou snahu těch, kdo je hlásají, ani logiku. Zajímavý je např. návrh, aby v měřítku Evropy fungovala sjednocená služba navádění letadel a aby evropské státy zrušily letové koridory, které často neumožňují, aby letadla letěla přímo z bodu A do bodu B, nýbrž musí létat oklikami a pouze v koridorech. Experti v EU vypočítali, že takto by zásluhou zkrácení letových tras došlo ke snížení spotřeby kerosinu o zhruba 12 % proti současnému stavu.
Jiná úsporná koncepce navrhuje, aby se snížila spotřeba kerosinu tak, že letadla budou létat pomaleji, hlavně pak u letů na krátké a střední vzdálenosti., kdy odbavovací a kontrolní úkony před odletem a vyzvedávání zavazadel po příletu v cílové destinaci stejně zaberou podstatně více času než samotný let.
Některé návrhy jsou dost kuriózní. Je to např. tankování do nádrží za letu z jiných letounů, aby nebylo nutno kvůli natankování přistávat, a šetřil se čas (to se už praktikuje, ovšem jen u vojenských letadel), nebo přistávání s vypnutými motory, jako je tomu u kluzáků, aby se šetřila pohonná hmota.
Poměrně osobitý je i návrh na snížení obvyklé výšky letů, odůvodněný tím, že ve výškách, kde pasažérské letouny obvykle létají, za sebou stroje nechávají viditelné pásy vypouštěných spalin a par o vysoké teplotě, což má kondenzační účinek, a z par se tvoří mraky, což ovlivňuje počasí. Proti tomuto návrhu se však ozývají odborní oponenti, a poukazují na to, že snížení obvyklé výšky letů o jeden či dva tisíce metrů by znamenalo, že by letadla byla vystavena mnohem silnějším turbulencím než ve větších výškách. Což by sice nemuselo ohrozit bezpečnost letů, ale znamenalo by to podstatné zhoršení komfortu pro pasažéry.
Nadějnějším a technicky i ekonomicky perspektivnějším řešením jsou inovace letadel a systémů jejich pohonu. Jako velmi slibná cesta se v poslední době, vedle trendu ke snižování hmotnosti letadel, jeví nahrazování klasického leteckého paliva - kerosinu, tzv. biopalivy. V jistém smyslu lze říci, že jde o přenos myšlenky používat biopaliva z oblasti pozemní dopravy i "do vzduchu". Úplné anebo částečné nahrazení dosavadní pohonné hmoty pro letadla přinese vedle úspory ropy jakožto zdroje pro výrobu kerosinu i ekologickou výhodu, protože odpadové spaliny ze stroje létajícího na biopalivo se dostávají do ovzduší v radikálně menším množství než spaliny z kerosinu.
Firma Boeing už oznámila, že do konce roku 2010 hodlá požádat o certifikaci pro letecké biopalivo, a stejným směrem uvažují i výrobci a instituce v Německu a dalších evropských zemích s vyspělou leteckou výrobou.
BIOPALIVA NEJSOU BEZ PROBLÉMŮ
Pokud dojde k brzké certifikaci, pak by se používání biopaliv, pro něž se už ujímá označení "biokerosin", mezi leteckými společnostmi rozšířilo během několika málo let. Avšak zatím je nutno vyřešit ještě řadu problémů.
Jedním z nich je ten, že biokerosin musí mít stejnou energetickou hustotu jako dnes používaný kerosin. Té ale dosud ani biopaliva používaná v automobilové dopravě, tzv. biopaliva první generace, nedosahují.
Jiným problémem, který dnes objektivně omezuje šíření osevních ploch plodin pěstovaných kvůli výrobě biokerosinu (hlavně řepky olejné), je fakt, že nelze rozšiřovat tyto plochy na úkor ploch osetých plodinami určenými pro potravinářský průmysl. To je záležitost, kterou si v poslední době řada států světa začala ostře hlídat. Pokud by biokerosin měl nahradit veškerý v současné době letadly spotřebovávaný kerosin, muselo by k tomu být 20 % veškeré zemědělsky užívané půdy na zeměkouli oseto bioplodinami určenými pro jeho výrobu, ale to je samozřejmě nežádoucí a nemyslitelné.
Je nutno počítat i s více či méně odlišnými vlastnostmi biokerosinu ve srovnání s kerosinem, kteréžto vlastnosti zatím nejsou dostatečně prozkoumány a otestovány. Je zde např. riziko, že při letech ve velkých výškách by biokerosin už při venkovních teplotách kolem -5oC zamrzal, tvořil vločky a mohlo by docházet k ucpávání trubek a čerpadel v pohonném ústrojí. Někteří odborníci doporučují, aby se místo biokerosinu vyráběného z řepky (tj. metylesteru) používalo etanolu či metanolu, který netvoří při mrazu vločky. Ale tyto alkoholy nemají potřebnou gravimetrickou energetickou hustotu, - ta je u nich o více než polovinu nižší než u kerosinu. Metylester je vhodný jako palivo přimíchávané do dieselového paliva u nákladních automobilů, ale ne pro letadla. Navíc by používání bioalkoholů znamenalo, že letoun by musel s sebou nést i velké nádrže s tímto palivem, což v době, kdy se usiluje všemožně o snížení hmotnosti letadel, není žádoucí.
Jsou i jiné důvody pro závěr, že biopaliva první generace nemohou současný kerosin nahradit, a že nanejvýše se mohou do něho přimíchávat, tak jako se to dělá v automobilové dopravě u automobilů s dieselovým pohonem.
BIOPALIVO 2.GENERACE: BTL
Jako daleko slibnější se jeví biopaliva druhé generace. I ta se sice získávají z plodin, které dávají základní biomasu k výrobě biokerosinu první generace. Na rozdíl od nich se však k výrobě paliva používají už nejen květy a plody, nýbrž i listy, kořeny a stvoly. Takto zpracovávané biopalivo je nazývá zkratkou BTL (Biomass to Liquid). Úroda z polí se pak chemicky náročnými procesy zpracovává na podoby energeticky vysoce účinné kapaliny.
Při spalování takto vyrobeného BTL paliva se sice uvolňuje do vzduchu určité množství CO2, ale je to, jak se zjistilo, stejné množství, jaké rostlina při svém růstu odebrala z atmosféry, takže bilance CO2 je neutrální.
ZDROJEM BUDOU I MOŘSKÉ ŘASY
Plochy oseté bioplodinami na souši nelze z objektivních ani subjektivních příčin rozšiřovat, a tak je logické, že vědci i letecké společnosti začali uvažovat o využívání energetických zdrojů z moří. Lufthansa si objednala průzkum, který zjistil, že mořské řady mají vysokou energetickou hodnotu, a tak počítá s jejich využíváním pro výrobu biokerosinu. Ta by měla podle informací zmíněné společnosti do roku 2020 z jedné desetiny nahradit dosud používaný kerosin.
Do té doby však Lufthansu a subjekty, které s ní a pro ni budou na tomto projektu pracovat, čeká ještě hodně práce. Je nutno postavit příslušná zpracovatelská zařízení, provádět náročné testy, a v neposlední řadě i dosáhnout toho, aby vše bylo schůdné i ekonomicky - zatím je totiž výroba biokerosinu přibližně desetkrát dražší než výroba klasického kerosinu.
POKROK NEJEN U BIOPALIVA
Nejde však jen o palivo - kvůli šetření energií a ekologickým standardům se musí změnit mnohé i v konstrukci letadel. To je stále jasněji se rýsující požadavek, jehož existenci si neradi přiznávají hlavně velcí výrobci letadel, kteří realizují tučné zisky ze stále početných zakázek hlavně na velká letadla pro dopravu pasažérů. Jejich postoje přispívají k setrvačnosti v dosavadních trendech konstrukce a montáže letounů a jejich pohonných ústrojí.
Vedle toho ale tuto setrvačnost způsobují i jiné faktory, např. ten, že životnost letadla A380 anebo podobného stejně velkého stroje činí 20 až 25 let, a po tuto dobu stroj musí sloužit, aby se jeho provozovateli zaplatil a aby mu přinesl obchodní zisk. Takže pokud se mají Airbusy vyrábět údajně ještě dalších 25 let, znamená to, že poslední z nich by měly létat ještě v prvním a druhém desetiletí druhé poloviny 21. století. Jde přitom o stroje, u nichž je možno biokerosin používat jen ve velmi omezené míře.
PŘÍDAVNÝ POHON
Přesto se ale v inovacích zaměřených na snižování spotřeby paliva, zvýšení rychlosti létání anebo zvýšení účinnosti pohonů letadel dosahuje zajímavých a pozoruhodných výsledků. Uveďme příklad týkající se účinnosti motorů: v posledních desetiletích se postupně stále zvětšovaly lopatky oběžného kola větráku, tzv. "fanu", který vhání do pohonného ústrojí vzduch. Lopatky však nemohly obíhat rychleji než do určité hranice, protože rychlost pohybu lopatkových špiček je omezená. Proto se zrodil nápad vybavit pohony letadel dodatečným pohonným ústrojím, které by podobně jako u automobilů redukovalo počet otáček. Tento přídavný pohon má být umístěn mezi fan a pohánějící turbínu, a má umožnit oběma těmto součástem, aby běžely s optimálním počtem otáček, a tak aby dosahovaly optimálního stupně účinnosti. Turbina se otáčí rychle, fan pomalu. Od tohoto řešení si konstruktéři je navrhující slibují aspoň 15% úsporu paliva.
Takto upravený motor už byl podroben zkušebním letům v letadle Jumbo-jet a v A340. Od roku 2012 se má tento systém zabudovávat do letadel série C vyráběných kanadskou firmou Bombardier.
Jinou cestou se vydal výrobce pohonů Rolls-Royce. Ten dává přednost otevřenému rotoru (Open Rotor)se dvěma protiběžnými vrtulemi, jež vhánějí vzduch do spalovací komory turbiny. Ještě je však zapotřebí vyřešit velmi mnoho problémů, např. nadměrnou hlučnost.
KOMPRESOR REDUKUJÍCÍ VÍŘENÍ, "ŽRALOČÍ TRUP"
Firma Airbus pracuje na vývoji nového křídla, jehož funkci doplňuje kompresor, který odsává vzduch křídlo obtékající při letu. Díky tomu pak nedochází ke vzniku brzdivých vírů, které mohou způsobit výkyvy letounu.
Kromě toho firma konstruuje (na bázi poznatků bioniky) letoun se "žraločím trupem", přesněji řečeno s trupem, jehož plášť je pokryt šupinami podobnými těm, jež kryjí povrch těla žraloků, a umožňují jim hladce překonávat odpor vody a rychle plout. Jde o "nalepení" šupinatého pláště na celý trup letadla. Od takto krytého trupu se očekává, že bude lépe odolávat turbulencím. Vedlejším, ale samozřejmě důležitým efektem tohoto řešení je podle jeho navrhovatelů redukce tření a snížení spotřeby paliva. Výsledky výzkumů naznačují, že redukce tření dosažená pomocí speciálně upravených povrchů může vést ke značným úsporám paliva - např. je odhadováno, že snížení tření o 1 % může ročně ušetřit aeroliniím až 200 tisíc dolarů a nejméně 25 tisíc galonů (téměř 95 tis. litrů) paliva na jedno letadlo, a podobně impozantní je i snížení emisí vypouštěných do vzduchu.
Bionika se uplatnila i při konstrukci vnitřní části křídel nového Airbusu A380, kde byl využit obdobný design jako mají lehké kosti ptačích křídel, jimiž se vývojáři inspirovali.
NÁVRHY POVAHY SPÍŠE ORGANIZAČNÍ, PŘÍPADNĚ AŽ KURIOZNÍ
K dosažení úsporných a ekologických cílů dneška a blízké budoucnosti mají přispět i obecně proklamované záměry a zásady, jimž nelze upřít ani dobrou snahu těch, kdo je hlásají, ani logiku. Zajímavý je např. návrh, aby v měřítku Evropy fungovala sjednocená služba navádění letadel a aby evropské státy zrušily letové koridory, které často neumožňují, aby letadla letěla přímo z bodu A do bodu B, nýbrž musí létat oklikami a pouze v koridorech. Experti v EU vypočítali, že takto by zásluhou zkrácení letových tras došlo ke snížení spotřeby kerosinu o zhruba 12 % proti současnému stavu.
Jiná úsporná koncepce navrhuje, aby se snížila spotřeba kerosinu tak, že letadla budou létat pomaleji, hlavně pak u letů na krátké a střední vzdálenosti., kdy odbavovací a kontrolní úkony před odletem a vyzvedávání zavazadel po příletu v cílové destinaci stejně zaberou podstatně více času než samotný let.
Některé návrhy jsou dost kuriózní. Je to např. tankování do nádrží za letu z jiných letounů, aby nebylo nutno kvůli natankování přistávat, a šetřil se čas (to se už praktikuje, ovšem jen u vojenských letadel), nebo přistávání s vypnutými motory, jako je tomu u kluzáků, aby se šetřila pohonná hmota.
Poměrně osobitý je i návrh na snížení obvyklé výšky letů, odůvodněný tím, že ve výškách, kde pasažérské letouny obvykle létají, za sebou stroje nechávají viditelné pásy vypouštěných spalin a par o vysoké teplotě, což má kondenzační účinek, a z par se tvoří mraky, což ovlivňuje počasí. Proti tomuto návrhu se však ozývají odborní oponenti, a poukazují na to, že snížení obvyklé výšky letů o jeden či dva tisíce metrů by znamenalo, že by letadla byla vystavena mnohem silnějším turbulencím než ve větších výškách. Což by sice nemuselo ohrozit bezpečnost letů, ale znamenalo by to podstatné zhoršení komfortu pro pasažéry.
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
