آینده پرواز با سلول سوختی هیدروژنی

ایرباس اعلام کرده قصد دارد با استفاده از فن‌آوری سلول هیدروژنی تا سال 2035 هواپیماهای برد کوتاه خود را با آلایندگی صفر به پرواز در آورد.

تصویر گرافیکی تولید شده از نمونه‌ای از هوپیماهایی که در آینده با استفاده از پیشرانه ملخی و سیستم سلول سوختی هیدروژنی به پرواز در خواهند آمد.

ایرباس اعلام کرده که قصد دارد  به عنوان بخشی از هدف خود برای توسعه هواپیمای با انتشار کربنی صفر تا سال 2035 یک موتور با استفاده از سلول سوختی هیدروژنی برای هواپیماها طراحی کرده و توسعه دهد. این سیستم برخلاف موتور جت رولزرویس که اخیراً معرفی شده است و مستقیماً هیدروژن را می سوزاند، از یک موتور الکتریکی درست مانند خودروهای پیل سوختی استفاده می کند و خروجی اگزوز آن تنها بخار آب خواهد بود. به گفته این شرکت  موتور طراحی شده در نهایت در هواپیماهای تجاری به کار گرفته خواهد شد که می‌توانند تا 100 مسافر را در حدود 1850 کیلومتر جابجا کند. پیل یا سلول سوختی یک مبدل برای تبدیل کردن انرژی حاصل از فعل و انفعال شیمایی به انرژی الکتریکی است.

 

ایرباس قصد دارد این موتور را تا اواسط دهه حاضر میلادی در هواپیمای A380 MSN1 خود آزمایش کند که در حال حاضر مراحل اصلاح برای حمل مخازن هیدروژن مایع را پشت سر می‌گذارد. در پیل سوختی هیدروژنی از واکنش هیدورژن و اکسیژن الکتریسیته، حرارت و آب تولید می‌شود. از این الکتریسیته در یک موتور الکتریکی استفاده خواهد شد. این برخلاف موتورهای احتراق داخلی است که به جای سوخت کربنی هیدروژن را مستقیما می‌سوزانند. در واقعی تفاوت این سیستم با موتور رولز رویس این است که در هواپیمای ایرباس در نهایت موتور الکتریکی هواپیما را به پرواز در خواهد آورد و در سیستم رولر رویس همان موتور رایج اما با سوخت هیدروژن. البته موتور رولزرویس هم همانند سیستم در دست طراحی ایرباس در نهایت چیزی بیشتر از بخار آب تولید نخواهد کرد.  اما سوال اینجا است که چرا ایرباس به جای استفاده از موتور جت به چنین طرحی روی آورده است؟

پیل سوختی؛ پروازهای کوتاه با آلایندگی صفر

جواب این سوال را باید در برد این هواپیماها جست‌وجو کرد. به نظر می رسد ایرباس در نظر دارد این فناوری برای هواپیماهای کوچکتر که بیشتر پرواز‌های درون منطقه‌ای انجام می‌دهند، طراحی کند که در آن‌ها به جای موتورهای جت، از سیستم ملخ‌های کارآمدتری استفاده خواهد شد این طراحی در تصویر مفهومی که به توسط رایانه تولید شده و در  زیر دیده می‌شود وجود دارد. همانطور که در تصویر دیده می‌شود پیل سوختی و موتور ملخی نه لزوما به عنوان نیروی محرکه کامل برای هواپیمای بزرگ مثل A380 ( که یک هواپیمای پهن‌پیکر برد طولانی است.)که بیشتر برای آزمایش به آن متصل شده‌اند.

طرح گرافیکی از تست موتور ملخی روی هواپیمای پهن پیکر A380. این طرح برای آزمایش این موتور طراحی شده و موتورها در نهایت مانند عکس اصلی تصویر برای هواپیماهای کوچکتر و برد کمتر استفاده خواهند شد.

«گلن لیولین» معاون ایرباس در بخش هواپیماهای غیر آلاینده می‌گوید:«پیل‌های سوختی راه‌حلی بالقوه در دستیابی به هدف آلایندگی صفر محسوب می‌شوند.به همین دلیل ما بر توسعه و آزمایش این فناوری متمرکز شده‌ایم تا بفهمیم که از این فن‌آوری می‌توان در یک هواپیمای بدون آلایندگی در سال 2035 استفاده کرد یا خیر.» ایرباس هنوز جزئیات بیشتری از طرح خودش ارائه نکرده است. اما سلول‌های سوختی در حال حاضر یک فن‌آوری شناخته شده در صنعت خودرو محسوب می‌شوند. اماا اگر از جنبه تولید سوخت و تبدیل انرژی آن به برق به کارایی این فن‌آوری نگاه کنید، آن‌ها نسبت به خودروهای برقی دارای باتری کمتر بهینه هستند. اما مزیت‌هایی دارند که آن‌ها را برای استفاده در هواپیما مناسب می‌کند؛ مثلا برد بیشتری دارند، سوخت‌گیری ( نسبت به شارژ)  سریع‌تر در آن‌ها ممکن است و وزن کمتری هم دارند که البته مورد دوم برای هواپیما ضروری است. همچنین آن‌ها آلایندگی کمتری نسبت به باطری‌هایی دارند که از منابع مهم پراکنده کردن فلزات سنگین سمی هستند. یک مزیت دیگر این است که سوخت آن‌ها هیدروژن  و حاصل سوختن آن بخار آب است. در حالی که ما باطری‌ها را هنوز با برقی شارژ می‌کنیم که عمدتا از سوزاندن سوخت‌های فسیلی تولید شده است. به طور کلی این مزیت‌ها باعث می‌شود که حتی در صنعت خودرو هم، پیشرانه‌های مبتنی بر هیدروژن را پاک‌تر و نسل آینده خودروها با آلایندگی صفر بدانند.

چرا احتراق مستقیم نه؟

همانطور که گفته شد، رولزرویس به تازگی از آزمایش موفقیت آمیز موتور جت با سوخت مستقیم هیدروژن خبر داده است که یک فناوری دیگر برای حمل و نقل هوایی آینده است. در این شیوه به جای تبدیل هیدورژن به برق استفاده برق تولید شده در پیشرانه‌های ملخی، هیدروژن مستقیما به عنوان سوخت در موتورهای جت که برای استفاده هیدروژن بهینه شده‌اند سوزانده می‌شود. این شرکت یک موتور AE 2100-A که یک موتور هواپیمای منطقه‌ای مورد استفاده در هواپیماهای مسافربری «توربوپراپ» است را با موفقیت برای استفاده از سوخت جدید بهینه کرده است. البته این هواپیما در خطوط منطقه‌ای استفاده می‌شود و برد کوتاهی دارد، اما از نظر تئوری می‌توان این فناوری را برای هواپیماهای بزرگتر گسترش داد.

ایرباس اعلام کرده که قصد دارد  به عنوان بخشی از هدف خود برای توسعه هواپیمای با انتشار کربنی صفر تا سال 2035 یک موتور با استفاده از سلول سوختی هیدروژنی برای هواپیماها طراحی کرده و توسعه دهد

اما موانع مهمی هم بر سر استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت هواپیماها به جای سوخت‌های فسیلی وجود دارد که پیش از چنین توسعه‌ای باید بر آن‌ها غلبه کرد. مثلا یکی از مشکلات وزن بیشتر هیدروژن نسبت به سوخت معمولی است. وزن سوخت مورد نیاز هیدروژنی برای مسافت یکسان چهار برابر سوخت جت رایج است. این سوخت باید در مخازن تحت فشار نگهداری شود و بسیار سوختنی‌تر از سوخت‌های رایج است و این موضوع مسائل ایمنی را هم دوباره در مرکز توجه قرار می‌دهد. با این وجود اگر قرار است که به سمت هواپیماهای با آلایندگی کربنی صفر حرکت کنیم، ممکن است تنها گزینه موجود برای هواپیما در آینده نزدیک باشد، زیرا فناوری باتری هنوز بسیار سنگین است مگر اینکه برای پروازهای بسیار کوتاه استفاده شود. در نتیجه برای هواپیماهای پهن‌پیکر فعلا گزینه‌ای جز سوخت هیدروژن مستقیم وجود ندارد که آلایندگی کربنی نداشته باشد.