لماذا يعتبر الهيدروجين الحل الأمثل طويل الأمد لاستخدامه كوقود للطيران؟

كتبت: حبيبة جمال

بحلول عام 2050 ، من المتوقع أن يزيد الطيران حصته من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية من 2.5٪ إلى 25٪ حيث تصبح الصناعات الأخرى خالية من الكربون.

الإقلاع عن الطيران هو أبسط طريقة لإزالة الكربون من الطيران.و تتطلب العمليات الحالية أنواعًا جديدة من الوقود لا تنتج ثاني أكسيد الكربون من أجل الاستمرار، على الرغم من أن التصنيع باهظ التكلفة، إلا أن التصنيع مقيد، ويستمر وقود الطيران المستدام في انبعاث ثاني أكسيد الكربون الذي يبقى في الغلاف الجوي لعشرات السنين، إلا أنها توفر جسرًا للأساطيل الحالية.

في المقابل ، الهيدروجين خالي من الكربون ويتفوق على الكيروسين من حيث كفاءة قياس الجاذبية ، وهو عامل مهم في صناعة الطيران. أكد برنامج أبحاث معهد تكنولوجيا الفضاء (ATIFlyZero) الذي تموله حكومة المملكة المتحدة، والذي نشر نتائجه في وقت سابق من هذا العام ، جدوى الطائرات التي تعمل بالهيدروجين.

التطورات حتى الآن

ستكون خلايا الوقود أو مجموعات نقل الحركة المعدلة القائمة على التوربينات والخزانات المبردة والبنية التحتية للهيدروجين في المطارات ضرورية للطائرات التي تعمل بالهيدروجين.

يوضح  سيمون ويب كبير مهندسي الدفع في FlyZero: “قدمت FlyZero نماذج قائمة على الفيزياء لثلاث طائرات دراسة ذات حجم ومدى متزايد”.

ووجدت طائرة متوسطة الحجم تعمل بالهيدروجين وتحمل 280 راكبًا يمكنها السفر إلى أي مكان في العالم بمحطة واحدة للتزود بالوقود. وقد تغير ذلك تصورات الصناعة للهيدروجين كوقود مستقبلي خالٍ من الصفر .

تتولى شركة إيرباص مسؤولية تطوير الطائرات التي تعمل بالهيدروجين ، وتقوم بتعديل اختبار A380 MSN001 الخاص بها لتعمل كمظاهرة لبرنامج زيرو الخاص بها.

ويقول رئيس شركة إيرباص  ماتياس أندرياميسينا”تخيل أنه مختبر هيدروجين طائر. بدون مقاعد، تمنحنا طائرة اختبار A380 كامل الطوابق الرئيسية والعلوية لإجراء الاختبارات. سنقوم بتركيب محرك خامس يحرق الهيدروجين في كعب فوق جسم الطائرة. في الداخل، سنقوم بتركيب أربعة خزانات مبردة داخل فقاعة غير مضغوطة وأنظمة توزيع وتبخر الهيدروجين  .

ستظل الطائرة تعمل بالمحركات التقليدية ، لكنها ستوفر أيضًا بيئة اختبار لأنظمة الدفع الهيدروجين، فإن شركة إيرباص لا تعتمد فقط على احتراق الهيدروجين وتقوم بالتحقيق في أفكار أخرى في نفس الوقت، من أجل إزالة الكربون من الأساطيل الحالية، فإنها تعتقد أن وقود الطيران المستدام ضروري.

التحديات الواضحة

ويرى أندرياميسينا إن تعديل الطائرة بمحركات الهيدروجين ليس طريقة قابلة للتطبيق لخدمة شركات الطيران، يجب أن تبدأ الطائرة ذات تكاليف الصيانة والتشغيل المنخفضة مع دفع الهيدروجين من تصميم نظيف مع حرية اللعب مع مواقع الدبابات والركاب  .

بحلول عام 2035 ، تخطط شركة إيرباص لإطلاق منتج أولي بمدى 100 مقعد و 1150 ميلاً (1850 كيلومترًا) قبل تطوير طائرة احتراق هيدروجين ذات مدى 200 مقعد و 3700 ميل (2300 كيلومتر).

نظرًا لصغر حجمه، يستخدم الهيدروجين السائل مساحة خزان وقود أقل بنسبة 80٪ من الهيدروجين الغازي لتوفير نفس الكمية من الطاقة. نظرًا لأن الهيدروجين السائل فقط ، وفقًا لشركة Airbus ، هو الذي سيعمل من أجل طائرات قوية وعابرة للقارات، فإن تطوير معدات التبريد على متن الطائرة أمر ضروري.

 يوضح أندرياميسينا انه يجب تخزين الهيدروجين السائل في درجة حرارة أقل من -253 درجة مئوية (-423 درجة فهرنهايت) لمدة اثنتي عشرة ساعة أو أكثر، نريد نظامًا سلبيًا بالكامل ، بدون مجمدات أو ضواغط ، لتحسين سعة التخزين مقابل كتلة النظام.

أطلقت شركة إيرباص مراكز تطوير الانبعاثات الصفرية (ZEDCs) في فرنسا وألمانيا والمملكة المتحدة وإسبانيا لإنشاء قدرة داخلية للتخزين والتوزيع المبرد المعزول والآمن والموثوق .

من الضروري دمج التكنولوجيا المبردة ، التي تُستخدم أساسًا لتخزين المواد الكيميائية الأرضية ، مع الطائرات.

ستتطلب الطائرات أنظمة كشف التسرب المبردة وتوزيعها وتبخرها بالإضافة إلى الخزانات.

تعتبر الخبرة في مجال السوائل المبردة من قطاع الفضاء ذات صلة ، ولكن في حين أن الصواريخ تحترق بسرعة وبقوة ، فإن المضخات المبردة للطائرة ستحتاج إلى أن تدوم 10000 ساعة.

سباق الهدرجة

باستخدام أطر زمنية أقصر بكثير ، تقوم شركتا H2FLY و ZeroAvia الناشئة ببناء طائرات أصغر تعمل بخلايا الوقود.

ZeroAvia جاهزة لاختبار 19 مقعدًا Dornier 228 مع نظام دفع 600 كيلو وات بعد أن نجحت في قيادة بايبر ماليبو بستة مقاعد بنظام دفع هيدروجين كهربائي بقدرة 250 كيلو وات في عام 2020.

بحلول عام 2025 ، تأمل شركة ZeroAvia في الحصول على اعتماد محرك 600 كيلو وات بحيث يمكن استخدامه في الطائرات التي تضم تسعة إلى تسعة عشر مقعدًا.

هذا هو نفس الإطار الزمني الذي تتوقع H2FLY بدء العمليات مع طائراتها ذات الخمسة مقاعد 300 كيلو واط. سيتم استخدام التكنولوجيا المستخدمة في الطائرة الشراعية Pipistrel Taurus G4 المعدلة بالهيدروجين من طراز HY4 ، والتي تم إنشاؤها في الأصل في مركز الفضاء الألماني ، على طائرات H2FLY.

ستقوم شركة إيرباص بإجراء اختبارات على نطاق صغير باستخدام طائرات أصغر لجمع المعلومات. الطائرة الشراعية Arcus-J التي سجلت الرقم القياسي العالمي لارتفاع الطائرات الشراعية سيتم تعديلها لاحتراق الهيدروجين كجزء من مشروع Blue Condor من قبل شركة Airbus ومشروع Perlan غير الربحي، فإن إنشاء طائرة تعمل بالهيدروجين هو مشروع طويل المدى.

في المملكة المتحدة ، تختبر Rolls Royce بالفعل احتراق وحقن الهيدروجين الغازي في Boscombe Down وتخطط لاختبار محرك هناك أيضًا.

في فيلتون ، بريستول ، ستختبر شركة إيرباص أنظمة وقود الهيدروجين والأجزاء الفردية. في مطار كوتسوولد في جلوسيسترشاير ، والذي يضم أيضًا حظيرة اختبار ZeroAvia ، تقوم شركة الهندسة Filton Systems Engineering في المملكة المتحدة بتوليد الهيدروجين السائل.

ستكون هناك حاجة إلى بنية تحتية على الأرض وإمداد عالمي موثوق به للهيدروجين لطائرات الهيدروجين. أنشأت إيرباص فريقًا للنظام البيئي لإنشاء الأطر المادية والتنظيمية وانضمت إلى صندوق البنية التحتية للهيدروجين الذي تديره Hy24.

بالتعاون مع Aéroports de Paris ، ستقوم Airbus بتطوير البنية التحتية للهيدروجين. في مطار شتوتجارت ، نفذت H2FLY حملتها الجوية الأخيرة لتسليط الضوء على تكاملها مع العمليات العالمية.

تابعنا على تطبيق نبض