International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде

Летать на водороде — значит расширять возможности путешествий без использования ископаемых видов топлива. Технологии для этого активно развиваются.

Исследования Технологического университета Чалмерса (Швеция) показывают, что к 2045 году почти все авиаперевозки в радиусе 1200 км можно будет совершать на самолётах, работающих на водороде. А благодаря новому теплообменнику диапазон перелетов может стать ещё больше.

Коммерциализация водородных полетов может произойти очень быстро. Уже в 2028 году в Швеции могут состояться первые коммерческие водородные полеты, — говорит Томас Грёнштедт, профессор Технологического университета Чалмерса и директор центра компетенции TechForH2 при Чалмерсе.

В аэродинамических трубах Чалмерса можно увидеть некоторые технологические достижения. Здесь разрабатывают более энергоэффективные двигатели для большегрузных автомобилей, которые в перспективе будут работать на водороде.

Будущее водородной авиации малой дальности для Северной Европы

Самолёты, работающие на водороде, смогут выполнять полёты на малые и средние расстояния.

Исследование Чалмерса показало, что к 2045 году водородные рейсы могут покрыть 97% внутрискандинавских маршрутов и 58% скандинавского пассажиропотока.

Учёные предположили, что максимальная дальность полёта составит 750 миль. Для этого будет использоваться существующая модель самолёта, адаптированная для водородного топлива.

Также был представлен новый топливный бак, который вмещает достаточно изолированного сверххолодного жидкого водорода и легче современных топливных баков на ископаемом топливе.

Новые теплообменники для повышения расхода топлива

Теплообменники играют важную роль в водородной авиации и являются важным технологическим достижением. Чтобы водород в топливной системе был легче, его хранят в жидком виде при температуре около -250 °C. Теплообменники необходимы для передачи тепла между переохлаждённым водородом и двигателем, что позволяет охлаждать двигатели и делать их работу эффективнее за счёт отвода тепла от горячих выхлопов реактивных двигателей.

Исследователи из Чалмерса разрабатывают новый тип теплообменника. Технология использует низкую температуру хранения водорода для охлаждения деталей двигателя, а отработанное тепло выхлопных газов — для предварительного нагрева топлива перед впрыском в камеру сгорания.

Каждый градус повышения температуры снижает расход топлива и увеличивает запас хода. Мы смогли показать, что самолеты малой и средней дальности, оснащенные новым теплообменником, могут снизить расход топлива почти на восемь процентов. Учитывая, что авиационный двигатель — это зрелая и хорошо отработанная технология, это очень хороший результат для одного компонента, — говорит Карлос Ксисто, доцент кафедры механики жидкостей Чалмерса и один из авторов исследования.

Исследователи также отмечают, что при дальнейшей оптимизации подобная технология теплообменника в обычном коммерческом самолете Airbus A320 может обеспечить увеличение дальности полета до десяти процентов, что эквивалентно расстоянию по маршруту Гетеборг-Берлин (около 450 миль).

Швеция обещает большие инвестиции, несмотря на трудности

Правительства, университеты и частные компании работают над созданием водородной авиации.

В Швеции есть инновационный кластер Swedish Hydrogen Development Centre (SHDC), который объединяет ключевых игроков отрасли и экспертов из научных кругов. На недавнем семинаре SHDC исследователи из Чалмерса представили свои работы. Несколько коммерческих компаний заявили о крупных инвестициях в водородные полёты в ближайшие годы.

Технология хорошо развита, но есть проблемы с большими необходимыми инвестициями, а также развитием инфраструктуры, бизнес-моделей и партнёрских отношений для производства, транспортировки и хранения водорода. Ожидается, что для полного перехода потребуется около 100 миллионов тонн зелёного водорода в год.

По прогнозам специалистов, к 2050 году 30-40 процентов мировой авиации будет работать на водороде. Вполне вероятно, что в течение нескольких лет нам потребуется сочетание самолетов, работающих на электричестве, менее вредном для окружающей среды электронном реактивном топливе и водороде. Но каждый самолет, который может работать на водороде, получаемом из возобновляемых источников энергии, сокращает выбросы углекислого газа, — заключает Томас Грёнштедт.

11.07.2024