V RYBNÍCÍCH 50. let 20. století na Floridě občas rušil klid místních aligátorů hlasitý řev. Za podmínek nejpřísnějšího utajení testovali inženýři z letecké společnosti Pratt & Whitney nový typ motoru, který byl poháněn podivnou látkou, zřejmě přiváděnou potrubím z továrny na hnojiva v nedalekém městě Apix. Ve skutečnosti bylo město jen jméno na mapě a továrna na hnojiva byla lest, která měla Rusy zmást. Poruchy byly důsledkem projektu Suntan, pokusu amerického letectva sestrojit letadlo poháněné vodíkem. Téměř se to podařilo. Motory fungovaly úspěšně, ale skladování a dodávky samotného vodíku se ukázaly jako příliš nákladné na to, aby výroba mohla pokračovat.
Váš prohlížeč nepodporuje prvek <audio>.
Vychutnejte si další audio a podcasty na iOS nebo Android.
Suntan byl jen prvním z řady neúspěšných pokusů o využití vodíku k pohonu letů těžších než vzduch. Lákadlo je to velké. Vodík má na kilogram třikrát více energie než kerosin, současné standardní letecké palivo, a lehkost je ve vzduchu na prvním místě. V 80. letech se o to pokusil Tupolev v tehdejším Sovětském svazu. Boeing to zkoušel v roce 2000. Malý demonstrátor létal v Německu. Ale nic se takříkajíc neujalo. Vodík je sice lehký, ale objemný, takže se špatně skladuje na palubě. Musí být buď pod tlakem, nebo zkapalněný, což obojí přináší své vlastní komplikace. Navíc neexistuje žádná zavedená infrastruktura pro jeho výrobu a distribuci.
Tentokrát je to jinak
Nyní se však situace změnila. Letecká doprava je pod tlakem, aby omezila emise oxidu uhličitého tím, že bude spalovat méně kerosinu. A začíná se vážně mluvit o budování infrastruktury pro výrobu a dodávku vodíku pro jiné účely, jako je vytápění a pozemní doprava, což znamená, že vodík by mohl být dostupný jako zboží, místo aby se musel speciálně vyrábět. Rovnováha výhod se tak může změnit. Několik odvážlivců se proto znovu zabývá myšlenkou letu na vodíkový pohon.
Projekt Suntan využíval tuto látku stejným způsobem jako petrolej – k výrobě tepla potřebného k pohonu proudového motoru. To je jedna z cest vpřed. Mnoho letadel je však poháněno vrtulemi, a to umožňuje druhý přístup, neboť vrtule lze roztáčet elektromotory. Pomocí palivových článků, technologie z 19. století, která nyní přichází na řadu, je možné vyrábět elektřinu potřebnou k tomuto účelu z vodíku.
Tuto cestu zvolila firma ZeroAvia se sídlem v Cranfieldu v jižní Británii. V září inženýři společnosti ZeroAvia představili šestimístné letadlo poháněné palivovými články, které mohlo vzlétnout, absolvovat dva okruhy kolem letiště a přistát. Jedná se o upravený letoun Piper třídy M – letoun s jednou vrtulí, který je běžně poháněn pístovým motorem. Inženýři ho nahradili elektrickým motorem a nainstalovali baterii palivových článků, které tento motor pohánějí, a sadu nádrží na vodík, který palivové články pohání.
Val Miftakhov, šéf společnosti ZeroAvia, doufá, že tento demonstrátor urazí 400 km dlouhou cestu, která je předběžně naplánována na týden 21. prosince, a že příští rok na jaře bude následovat delší let z Orknejí, souostroví u severního cípu Británie. (Orknejské úřady mají zájem o letadla typu „hopper“, která by mohla propojit ostrovy souostroví). Firma také plánuje, že v roce 2021 bude připraven 20místný demonstrátor. Certifikace pro komerční využití by mohla následovat v roce 2023.
Na paty ZeroAvii šlape H2Fly, spin-off německého leteckého výzkumného centra DLR. V roce 2016 tato firma přidala palivové články do motorizovaného kluzáku Pipistrel, který pak vydržel ve vzduchu 15 minut. V plánu je rozšířit tento přístup na letadlo poháněné vrtulí v sériové verzi při testech, které budou provedeny v nejbližší době. Mezitím v Americe oznámil výrobce elektromotorů magniX spolupráci s losangeleskou firmou Universal Hydrogen na přestavbě 40místného letounu de Havilland Canada Dash 8-300 na palivové články. Doufají, že to bude hotové do roku 2025.
Takové přístupy se zdají být v zásadě funkční. V praxi však budou muset konkurovat elektrickým letadlům poháněným bateriemi. V květnu letěla americká firma AeroTEC s devítimístným letounem Cessna Caravan přestavěným na bateriový pohon po obloze nad státem Washington. Předloni v prosinci spolupracovala společnost magniX s kanadskou firmou Harbour Air, která v Britské Kolumbii zalétala s přestavěným hydroplánem de Havilland. Obě firmy se nyní zabývají přípravou tohoto letadla pro komerční certifikaci. Ještě ambicióznější je, že několik společností, jako například izraelská společnost Eviation, se pokouší postavit letadlo poháněné bateriemi od nuly, namísto toho, aby přestavovaly stávající letouny.
Baterie nejsou zahrnuty
Propagátoři palivových článků však tvrdí, že jsou pro pohon letu lepší než baterie, protože články a s nimi spojené palivo uchovávají mnohonásobně více energie na kilogram, než zvládnou baterie. „Baterie skutečně poskytují zrychlení. Ale nedají vám dojezd,“ říká Robert Steinberger-Wilckens, chemický inženýr z Birminghamské univerzity ve Velké Británii. Technologie baterií se zdokonaluje, ale než budou možné delší cesty s cestujícími a nákladem na palubě, bude zapotřebí velkých průlomů.
Začátek představuje zabudování zdrojů elektrické energie do stávajících letadel, ať už v podobě baterií nebo palivových článků. Takový pohon by však mohl vést k významným změnám designu, jako je ten, který Eviation plánuje pro svůj předpokládaný produkt Alice. Ten má tři vrtule, z nichž všechny směřují dozadu. Ačkoli byly kdysi oblíbené, vrtule směřující dozadu již několik desetiletí nejsou v módě. Elektrická letadla s kolmým vzletem a přistáním – bezpilotní letouny, o nichž se někdy mluví jako o budoucnosti osobní dopravy – jsou také často poháněna několika menšími elektromotory, takže se dobře hodí pro pohon vodíkovými palivovými články.
Větší stroje mají větší problémy. Letadlo potřebuje mnohem více energie ke vzletu a přistání než k letu a baterie ani palivové články zatím nemají takovou sílu, aby to zvládly jiné než malé letouny. Pokud mají být větší letadla poháněna vodíkem, bude to vyžadovat alespoň částečný návrat k projektu Suntan a použití motorů poháněných turbínami, které spalují tuto látku jako plyn.
Tento přístup nyní používá Airbus, evropská firma, která se s americkým Boeingem dělí o duopol na velká osobní letadla. V září Airbus představil projekt ZEROe, který se soustředí na tři koncepční letadla poháněná vodíkem. Ačkoli se jedná o modely pro krátké tratě s jednou uličkou, jsou o krok dál od všeho, co by mohlo být poháněno pouze palivovými články.
Všechna tři letadla jsou navržena tak, aby spojila obě vodíkové technologie dohromady, přičemž vzlet by podporovaly turbínové motory spalující vodík a plavbu by poháněly palivové články. Jedním z konceptů je turbovrtulový letoun, který by přepravil až 100 cestujících na vzdálenost až 2 000 km. Větší turbovrtulová verze by dopravila dvojnásobný náklad na dvakrát větší vzdálenost. Třetí přístup je experimentálnější: model se „smíšeným křídlem“, u něhož trup a aerodynamická křídla tvoří součást stejné trojúhelníkové aerodynamické struktury. Výhodou tohoto řešení je, že vytváří dodatečný objem pro skladování vodíku.
Problémy využití vodíku však přesahují tvar karoserie. Přepracování turbínového motoru pro jeho pohon bude představovat úsilí v hodnotě několika miliard dolarů. Vodík hoří rychleji než petrolej a je také žhavější. To znamená, že materiály vystavené jeho spalování jsou více namáhány. Hrozí také zvýšení znečištění v podobě oxidů dusíku, což by částečně znehodnotilo ekologické výhody spalování vodíku. A bylo by také užitečné zařídit věci tak, aby se část energie spotřebované na stlačení nebo zkapalnění vodíku pro skladování mohla získat zpět a využít.
V příštích několika letech se Airbus zaměří na vývoj dvojích technologií palivových článků a turbín poháněných vodíkem souběžně s konstrukcí svých budoucích letadel. Pokud budou pozemní testy úspěšné, firma doufá, že do roku 2025 bude mít k dispozici vzdušné demonstrátory – což Glenn Llewellyn, viceprezident Airbusu pro letadla s nulovými emisemi, nazývá létajícími zkušebnami. Plnohodnotný prototyp by měl následovat do konce desetiletí a první komerční letadlo s nulovými emisemi by mělo být uvedeno do provozu v roce 2035. Kdo by pro takové letadlo dodával motory, zatím není jasné. Francouzský výrobce motorů Safran, který často spolupracuje s Airbusem, však potvrdil, že se vodíkovým pohonem pro komerční letadla zabývá.
Boeing zatím nenásledoval. Toto geografické rozdělení nemusí být náhodné. Veřejná politika EU je silně zelená, stejně jako veřejná politika v Británii, která již není členem EU, ale kde se nachází několik závodů Airbusu. Zejména politika EU se promítá do skutečných peněz na příslušný výzkum prostřednictvím unijního programu Clean Sky 2.
V Americe se v posledních čtyřech letech žádná taková podpora, ani morální, ani finanční, nenabízí. Zdá se však, že nastupující administrativa Joea Bidena je v otázkách životního prostředí s Evropou zajedno. A tento nový směr bude pravděpodobně, stejně jako v Evropě, doprovázen veřejnými penězi. Boeing by navíc riskoval, kdyby přenechal vodíkovou energii Airbusu. Pokud by tato technologie uspěla, riskoval by, že přijde o důležitou část svého trhu – a to si rozhodně nemůže dovolit.■
Pro další zpravodajství o klimatických změnách se zaregistrujte k odběru našeho čtrnáctidenního zpravodaje The Climate Issue nebo navštivte naše centrum o klimatických změnách
Tento článek vyšel v technologické sekci Science & tištěného vydání pod titulkem „Když se vám to napoprvé nepodaří…“
.