Чистое дыхание электричества: как устроена электроавиация

В концепрошлого года на всех новостных каналах вдруг заговорили о том, что базирующаяся в США и Великобритании компания-стартап ZeroAvia, о которой прежде мало кто слышал, сумела привлечь 37,7 млн инвестиций от британского правительства, а также от частных инвесторов, среди которых такие фигуры, как Билл Гейтс и Джефф Безос. Особое внимание на эту новость обратили в нашей стране: основатель ZeroAvia – уроженец Челябинска Валерий Мифтахов, и он не единственный выходец из России среди сотрудников компании.

ZeroAvia не строит самолеты; свой продукт они по-английски называют powertrain, что чаще всего переводится как «трансмиссия». На самом деле речь идет о полном комплекте оборудования – от источника энергии до движителя, – который позволит превратить авиацию в транспорт на электрической тяге при нуле вредных выбросов. В идеале Валерий Мифтахов видит свою компанию спроецированным в будущее аналогом компаний типа Rolls-Royce, которые поставляют силовые установки и сопутствующее оборудование разным авиапроизводителям. Основатель ZeroAvia считает авиацию «вторым фронтом» борьбы за экологичный транспорт, и на этом «фронте» присутствует определенная специфика. Если даже самые продвинутые электромобили полагаются исключительно на аккумуляторные батареи, то для коммерческой авиации этот вариант пока подходит плохо.

«Даже с учетом всех усовершенствований, которые наверняка произойдут в ближайшие 10–15 лет, использовать электробатареи для питания авиадвигателей на самолетах коммерческого формата будет физически невозможно, – говорит Мифтахов. – Поэтому наш выбор – водород как новое топливо и топливные элементы как способ превратить энергию химической реакции в электроэнергию, минуя горение. При одинаковой массе (батарея против топливного элемента и баллона с водородом) мы можем получать в 5 раз больше электроэнергии. Это если речь идет о газе. А если использовать охлажденный жидкий водород, то по количеству энергии он превзойдет химическую батарею и керосин сопоставимой массы в 10, а то и в 20 раз. В итоге появится самолет, который будет работать без вредного выхлопа и летать дальше, чем на газотурбинном двигателе».

Программа на 20 лет

ZeroAvia уже построила два прототипа на базе одномоторных самолетов, принадлежащих к малой авиации. Второй, более совершенный прототип поднялся в воздух в Англии в сентябре 2020 года. Эта шестиместная машина на сегодняшний день является самым большим электросамолетом на топливных элементах. «Сейчас мы работаем над следующим размером, – рассказывает Валерий. – В нынешнем году полетит 20-местный самолет. И на нем уже появится прототип установки, которую мы рассчитываем предложить рынку через три года. 10–20 пассажирских мест – это коммерческий класс самолетов. В мире их эксплуатируется порядка 10 тыс., таков примерный объем потенциального спроса. Это будет наш первый сегмент. А следующий – региональные самолеты типа канадского Dash 8 вместимостью порядка 80 пассажиров и дальностью около 2000 км. Силовую установку к такому лайнеру мы рассчитываем запустить в течение ближайших пяти лет».

Водород для всего мира

На сайте компании ZeroAvia можно найти инфографику, где показаны дальнейшие планы компании. Согласно этим планам, после 2030 года мы, возможно, увидим в воздухе аналоги нынешних «среднемагистральников» (Boeing 737, A320, МС-21) на водородно-электрической тяге, а к концу четвертого десятилетия нынешнего века без керосина и турбин смогут обойтись широкофюзеляжные дальнемагистральные лайнеры нового поколения.

Водородно-электрическая пропульсивная система, разработкой которой занимается ZeroAvia, создается в кооперации с разными поставщиками – компания выполняет роль интегратора, проектирует и выдает конечный продукт. «Сами топливные элементы производим не мы, – объясняет Мифтахов, – но мы делаем все, что вокруг них. В элементы надо подавать воздух, водород, жидкость для охлаждения, причем в определенных пропорциях, при нужных температурах и давлении. Все оборудование для этого делает наша компания. Плюс электронные блоки и ПО для системы управления установкой, плюс интерфейсы для взаимодействия пилота с энергетической частью самолета».

Отдельная проблема – топливо. Мало построить самолет на водородных элементах – необходимо, чтобы его смогли заправить на любом аэродроме. Создание топливной инфраструктуры, начиная с производства и заканчивая подачей водорода в баллоны на борту лайнера, – это еще одна важная забота ZeroAvia.

«Мы не разрабатываем технологии в области производства, хранения и перевозки водорода, – говорит Валерий, – но и тут хотели бы выступить в качестве интегратора, выстраивая кооперацию разных компаний. А для заправки у нас есть собственные наработки. Например, мы наладили производство водорода методом электролиза в одном из лондонских аэропортов. Здесь же работает построенный нами заправщик на автомобильном шасси, который заполняет топливом баллоны для элементов питания. Наша цель – распространение такой инфраструктуры по всему миру».

Благословенная Англия и упрямый Трамп

Челябинец Валерий Мифтахов окончил МФТИ в конце 1990-х, но не увидел для себя перспектив в российской науке. Поэтому он решил уехать в США и продолжить образование там – в Нью-Джерси, а потом в Калифорнии. После обучения Валерий работал в крупных корпорациях, таких как Google и McKinsey, пока его не захватила «силиконодолиновая атмосфера», страсть к созданию высокотехнологичных стартапов. Сначала внимание Мифтахова привлекли электромобили, и свой первый стартап, успешно проданный три года назад, он посвятил зарядным системам для электрокаров. А потом дали себя знать любовь к авиации и опыт любительского пилотирования самолетов и вертолетов – и в Сан-Франциско была основана компания ZeroAvia. Правда, теперь в новостях о ее работе все чаще упоминается Великобритания.

«Основная часть инженеров компании сейчас работает в Англии, – рассказывает Валерий. – Там наш стартап высоко ценят. Недавно мы получили уже второй грант от британского правительства – 16 млн долл., о нас периодически говорит премьер-министр, название нашей компании упоминают в парламенте. В Америке из-за скептического отношения администрации Трампа к зеленой энергетике надеяться на государственную поддержку было бессмысленно. Пришлось переориентироваться на Европу. В нынешнем году ситуация в Штатах должна поменяться, у новой администрации уже есть программа развития инициатив наподобие нашей. Нас поддерживают крупные американские бизнесмены, так что возможно и возвращение в США».

И грузы, и пассажиры

По словам Мифтахова, желающих инвестировать в ZeroAvia было довольно много и денег на развитие стартапа можно было собрать гораздо больше, но приоритетом компании стало не количество долларов, а приверженность инвесторов самой идее развития технологий для экологически чистого будущего. Например, Билл Гейтс давно финансирует работы по внедрению в мировую экономику водорода как топлива. Проблемы защиты окружающей среды находятся и в сфере внимания Джеффа Безоса. Кроме того, корпорация Amazon, основателем которой он является, активно использует авиацию для грузовых перевозок. А шанс, что транспортные самолеты удастся перевести на электричество раньше, достаточно высок.

Что же касается пассажирских перевозок, то на сегодняшний день у ZeroAvia есть предварительные договоренности с 15 локальными авиакомпаниями, пять из которых находятся в США, а остальные – в Европе, Австралии и Новой Зеландии. Например, в Калифорнии работают три авиалинии, которые на небольших самолетах совершают по 5–6 рейсов по маршруту Сан-Франциско – Лос-Анджелес и обратно. «Мы можем поставить водородные заправки всего на двух аэродромах, – говорит Валерий, – и уже обслуживать приличный сегмент коммерческого авиатрафика. С этого проще начинать».

Олег Макаров