Kiedy samoloty na ciekły wodór pojawią się w przestrzeni powietrznej?
W teorii ciekły wodór (LH2) jest świetnym rozwiązaniem pozwalającym ograniczyć negatywny wpływ lotnictwa na środowisko naturalne, umożliwiając jednocześnie całkowitą dekarbonizację tego sektora. Jest on potencjalnie doskonałym rozpraszaczem ciepła, a jego spalanie wiązałoby się ze znacznie niższą emisją tlenków azotu niż w przypadku standardowego paliwa lotniczego. Na przeszkodzie stają jednak dwa problemy: produkcja LH2 jest droga, a przestawienie się na nią wymaga fundamentalnej zmiany technologicznej, której siły rynkowe raczej nie zainicjują bez wsparcia lub impulsu ze strony władz publicznych. Konsorcjum projektu ENABLEH2 (ENABLing cryogEnic Hydrogen based CO2 free air transport) otrzymało taką pomoc, po prawie 20 latach od czasu, gdy Komisja Europejska po raz ostatni podjęła próbę zintensyfikowania prac badawczo-rozwojowych nad LH2 w ramach projektu Cryoplane. „W tamtym czasie koszty związane z wprowadzeniem LH2 były uważane za zaporowe”, wspomina Bobby Sethi, koordynator projektu ENABLEH2. „Ale w ciągu ostatnich 2 lat zaobserwowaliśmy radykalną zmianę. Oprócz naszego projektu, który przyczynił się do ożywienia zainteresowania tą technologią, pilna potrzeba ograniczenia wpływu działalności człowieka na środowisko zaowocowała entuzjazmem dla badań nad LH2 w sektorze lotnictwa cywilnego. Koszty te są obecnie postrzegane jako uzasadnione z uwagi na korzyści dotyczące zarówno środowiska, jak i miejsc pracy”. Niedawne ogłoszenie przez Airbusa zamiaru opracowania trzech samolotów koncepcyjnych o zerowej emisji w ramach projektu ZEROe jest logicznym następstwem tej zmiany. Europejski producent samolotów liczy, że do 2035 roku uda mu się wprowadzić samoloty napędzane LH2 do przestrzeni powietrznej. ENABLEH2 jest powszechnie uważany za sztandarowy projekt, dzięki któremu może stać się to możliwe.
Uwolnić potencjał LH2
„Projekt ENABLEH2 jest poświęcony dopracowaniu technologii odprowadzania ciepła z układu paliwowego, jak również technologii zapewniającej bardziej efektywny proces spalania zwany spalaniem micromix”, wyjaśnia Sethi. Pierwszym zadaniem, jakie postawili przed sobą uczestnicy projektu, jest wykorzystanie pełnego potencjału LH2 w zakresie rozpraszania ciepła. W tym celu konsorcjum opracowuje technologię chłodzenia zintegrowanego ze sprężarką, koncepcje chłodzenia międzystopniowego i zmiennego, pompy paliwowe, wymienniki ciepła, turbiny do cykli rozprężnych, układy chłodzenia kriogenicznego do rozproszonego napędu turboelektrycznego oraz konstrukcję i integrację zbiornika paliwa LH2. Opracowano zestaw modeli służących do oceny samolotów napędzanych LH2 pod względem efektywności energetycznej, emisji CO2 w cyklu życia oraz kosztów, a także porównano korzyści i opłacalność ekonomiczną z prognozami dotyczącymi paliwa Jet A-1, biopaliw i ciekłego gazu ziemnego. Zespół zajmuje się nawet opracowywaniem wytycznych dotyczących najlepszych praktyk bezpieczeństwa w zakresie LH2, jak również kompleksowych planów jego wprowadzenia na rynek. Spalanie micromix umożliwia doskonałe mieszanie paliwa i powietrza bez ryzyka samozapłonu i zapłonu wstecznego. Dlatego też emituje ono bardzo niewielkie ilości tlenków azotu, a do jego ulepszenia wykorzystuje się połączenie modelowania numerycznego i badań eksperymentalnych.
Dalsze plany
Choć projekt dobiegnie końca dopiero w sierpniu 2021 roku, zespół już teraz myśli o dalszych planach. „Współpracujemy z naszymi partnerami, aby omówić badania, których realizacja rozpocznie się po zakończeniu projektu ENABLEH2. Złożyliśmy lub jesteśmy w trakcie składania szeregu propozycji dotyczących kolejnych projektów bazujących na doświadczeniach zdobytych w ramach inicjatywy ENABLEH2”, mówi Sethi. Pierwsze komercyjne samoloty na LH2 mogłyby trafić do eksploatacji między 2035 a 2050 rokiem. Sethi podkreśla jednak, że pierwsza taka jednostka może jeszcze nie wykorzystywać pełnego potencjału LH2. W pełni zoptymalizowane, synergiczne projekty wykorzystujące zaawansowane wymienniki ciepła, wraz z technologiami turboelektrycznego napędu rozproszonego, które wykorzystywałyby potencjał rozpraszania ciepła i inne unikalne właściwości LH2, mogą pojawić się na rynku dopiero w drugiej połowie wieku. Tak czy inaczej prace prowadzone w projekcie ENABLEH2 z pewnością przybliżą nas do takich rozwiązań.
Słowa kluczowe
ENABLEH2, LH2, samolot, ciekły wodór, Airbus, ZEROe, tlenki azotu, 2035, spalanie micromix, odprowadzanie ciepła
