Możliwość latania samolotami napędzanymi wodorem oznacza większe możliwości podróżowania bez paliw kopalnych, a postęp technologiczny w tym zakresie postępuje bardzo szybko. Nowe badania przeprowadzone przez Chalmers University of Technology w Szwecji pokazują, że prawie wszystkie podróże lotnicze w promieniu 750 mil (1200 km) mogą odbywać się za pomocą samolotów napędzanych wodorem do 2045 roku, a dzięki nowatorskiemu wymiennikowi ciepła, który jest obecnie opracowywany, zasięg ten może być jeszcze większy.
– Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, komercjalizacja lotów wodorowych może przebiegać naprawdę szybko. Już w 2028 r. pierwsze komercyjne loty wodorowe w Szwecji mogłyby odbyć się w powietrzu – mówił Tomas Grönstedt, profesor na Uniwersytecie Technologicznym Chalmers i dyrektor centrum kompetencji TechForH2* w Chalmers.
Niektóre z tych postępów technologicznych można zobaczyć w tunelach aerodynamicznych Chalmers, gdzie naukowcy testują warunki przepływu powietrza w najnowocześniejszych obiektach. Tutaj opracowywane są bardziej energooszczędne silniki, które torują drogę do bezpiecznego i wydajnego lotu wodorowego dla pojazdów ciężarowych.
Przyszłość lotnictwa wodorowego krótkiego zasięgu w krajach nordyckich
W przypadku lotnictwa napędzanego wodorem, loty krótkiego i średniego zasięgu są najbliższe realizacji. Niedawno opublikowane badanie przeprowadzone przez Chalmers pokazuje, że loty napędzane wodorem mają potencjał, aby zaspokoić potrzeby 97% wszystkich tras lotów wewnątrz Skandynawii i 58% skandynawskiej liczby pasażerów do 2045 roku.
W tym badaniu naukowcy założyli maksymalny dystans lotu wynoszący 750 mil i wykorzystanie istniejącego modelu samolotu przystosowanego do zasilania wodorem. Badanie, prowadzone przez doktoranta Christiana Svenssona z grupy badawczej Tomasa Grönstedta, zaprezentowało również nowy zbiornik paliwa, który mógł pomieścić wystarczającą ilość paliwa, był odpowiednio izolowany, aby utrzymać super zimny ciekły wodór, a jednocześnie był lżejszy niż dzisiejsze systemy zbiorników paliwa oparte na paliwach kopalnych.
Innowacje spotęgują wykorzystanie zielonego paliwa
Wymienniki ciepła są istotną częścią lotnictwa wodorowego i stanowią kluczowy element postępu technologicznego. Aby układy paliwowe były lekkie, wodór musi być w postaci ciekłej. Oznacza to, że wodór jest utrzymywany w samolocie w stanie przechłodzenia, zazwyczaj około -250 stopni Celsjusza. Dzięki odzyskiwaniu ciepła z gorących spalin silników odrzutowych i chłodzeniu silników w strategicznych miejscach, stają się one bardziej wydajne. Aby przenieść ciepło między przechłodzonym wodorem a silnikiem, potrzebne są nowe typy wymienników ciepła.
Fot. Chalmers University of Technology | Mia Halleröd Palmgren
Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy z Chalmers od kilku lat pracują nad opracowaniem zupełnie nowego typu wymiennika ciepła. Technologia ta, która jest obecnie opatentowana przez partnera GKN Aerospace, wykorzystuje niską temperaturę magazynowania wodoru do chłodzenia części silnika, a następnie wykorzystuje ciepło odpadowe pochodzące ze spalin do wstępnego podgrzania paliwa o kilkaset stopni, zanim zostanie ono wtryśnięte do komory spalania.
– Każdy stopień wzrostu temperatury zmniejsza zużycie paliwa i zwiększa zasięg. Udało nam się wykazać, że samoloty krótkiego i średniego zasięgu wyposażone w nowy wymiennik ciepła mogą zmniejszyć zużycie paliwa o prawie osiem procent. Biorąc pod uwagę, że silnik lotniczy jest dojrzałą i ugruntowaną technologią, jest to bardzo dobry wynik dla pojedynczego komponentu – mówi Carlos Xisto, profesor nadzwyczajny na Wydziale Mechaniki Płynów w Chalmers i jeden z autorów badania.
Naukowcy zauważają również, że przy większej optymalizacji, tego typu technologia wymiennika ciepła w zwykłym samolocie komercyjnym Airbus A320 mogłaby zapewnić lepszy zasięg nawet o dziesięć procent lub równowartość trasy Göteborg-Berlin (około 450 mil).
Szwecja deklaruje duże inwestycje pomimo wyzwań
Prace nad opracowaniem rozwiązań dla lotnictwa wodorowego przyszłości odbywają się na szerokim froncie, przy współpracy rządów, uniwersytetów i sektora prywatnego. W Szwecji klaster innowacji, Swedish Hydrogen Development Centre (SHDC), skupia kluczowych graczy, w tym liderów branży i ekspertów ze środowisk akademickich. Podczas niedawnego seminarium SHDC naukowcy z Chalmers zaprezentowali swoją dotychczasową działalność, a kilka komercyjnych podmiotów zapowiedziało znaczące inwestycje w wodorowe loty w ciągu najbliższych lat. Podczas gdy technologia jest zaawansowana, wyzwania leżą raczej w wymaganych dużych inwestycjach oraz w rozwoju infrastruktury, modeli biznesowych i partnerstw, aby móc produkować, transportować i magazynować wodór, tak aby przejście na loty wodorowe było możliwe. Oczekuje się, że całkowita transformacja będzie wymagać około 100 milionów ton zielonego wodoru rocznie.
– Branża oczekuje, że do 2050 r. 30-40 proc. światowego lotnictwa będzie napędzane wodorem. Jest prawdopodobne, że jeszcze przez wiele lat będziemy potrzebować samolotów napędzanych energią elektryczną, mniej szkodliwym dla środowiska paliwem do e-jet i wodorem. Ale każdy samolot, który może być zasilany wodorem z energii odnawialnej, zmniejsza emisję dwutlenku węgla – komentował Tomas Grönstedt.
W ramach TechForH2 stworzono dobre warunki do podjęcia wyzwania związanego z wodorem, a dzięki budżetowi w wysokości 162 mln SEK (równowartość 15,5 mln USD) centrum kompetencji może przyczynić się do rozwoju szeregu różnych obszarów badawczych, które łączą wodór z transportem ciężkim.
Źródło: Chalmers University of Technology
