Учёные предложили добавлять в выхлоп самолётов частицы для сокращения инверсионных следов

Если посмотреть на ясное небо, то, скорее всего, можно заметить тонкие белые облака — инверсионные следы, тянущиеся за самолётами. Эти перистые ледяные облака образуются при смешивании горячих выхлопных газов с холодным воздухом. В зависимости от атмосферных условий они могут быстро исчезнуть или сохраняться часами, удерживая тепло, которое в противном случае ушло бы в космос, и тем самым способствуя изменению климата.

Автор: ACS ES&T Air (2025). DOI: 10.1021/acsestair.5c00241

Исследование, оценивавшее вклад авиации в изменение климата с 2000 по 2018 год, показало, что именно инверсионные следы ответственны за 57% её согревающего эффекта, что значительно больше, чем влияние выбросов CO₂ от сжигаемого топлива.

Фанцюнь Ю, старший научный сотрудник Исследовательского центра атмосферных наук Университета Олбани, разработал усовершенствованную модель для моделирования образования инверсионных следов. В новой работе, опубликованной на этой неделе в журнале ACS ES&T Air, он предлагает добавлять в выхлоп авиадвигателей крошечное количество ледообразующих частиц, чтобы сделать следы гораздо менее вредными, сократив время их существования.

«Ледяные ядра — это мельчайшие частицы, которые служат затравкой для образования кристаллов льда. Поскольку они могут запускать образование льда при более высоких температурах, они раньше захватывают водяной пар из выхлопа самолёта и выращивают кристаллы, достаточно крупные, чтобы гравитация вывела их из атмосферы. Это означает более короткоживущие инверсионные следы и, в конечном счёте, сокращение их согревающего эффекта до очень низкого уровня», — пояснил Фанцюнь Ю.

Новаторский метод помогает создавать меньшее количество, но более крупных ледяных кристаллов в следе, из-за чего он рассеивается быстрее и удерживает меньше тепла.

Подавление инверсионных следов

Техника Ю предполагает добавление в выхлоп во время полёта ледообразующих материалов, таких как иодид серебра, трииодид висмута или других подходящих веществ, которые эффективно замерзают и оказывают низкое воздействие на окружающую среду.

Для проверки метода в условиях, приближённых к реальным, Ю и его команда использовали модель микрофизики аэрозолей и инверсионных следов — инструмент, который отслеживает процессы внутри выхлопного шлейфа в первые секунды после выхода из двигателя.

Результаты показали, что количество образующихся ледяных кристаллов в следе может сократиться до 50 раз.

«Необходимое количество ледообразующего материала очень мало, сопоставимо или даже меньше, чем расходуемое самолётами моторное масло. Кроме того, поскольку добавление будет происходить высоко в атмосфере во время полёта и в мизерных количествах, наши предварительные модели показывают, что количество материала, достигающего земли, будет ничтожным. Тем не менее, нам необходимо дополнительно изучить, как эти добавленные частицы могут повлиять на естественные ледяные ядра, образование облаков и осадки», — добавил учёный.

На пути к устойчивой авиации

Фанцюнь Ю изучает микрофизику частиц в атмосфере (включая образование инверсионных следов) и их влияние на окружающую среду уже более двух десятилетий.

Хотя для тестирования метода на самолётах потребуются дополнительные исследования, учёный считает предварительные результаты многообещающими.

«В будущем мы надеемся протестировать и усовершенствовать наш предложенный метод с помощью контролируемых лабораторных экспериментов и натурных измерений. Мы также проведём больше симуляций для дальнейшей оценки его эффективности и потенциального воздействия на окружающую среду», — заявил Ю.

Помимо этой работы, он также сотрудничает с командой GE Research, чтобы лучше понять влияние экологически чистых авиационных топлив и новых технологий двигателей на образование инверсионных следов.

Больше информации: Fangqun Yu, Toward Sustainable Aviation: Minimizing Aircraft Contrail Ice Particle Formation and Climate Effects by Controlled Seeding of Ice Nuclei Particles, ACS ES&T Air (2025). DOI: 10.1021/acsestair.5c00241

Источник: University at Albany