Vådstofdrevet flyvningEr tiden nu moden til fly, der kan køre på brint?

I SVAMPERNE i 1950’ernes Florida forstyrrede et højt brøl lejlighedsvis de lokale alligatorers rolige tilstand. Under strengeste hemmeligholdelse afprøvede ingeniører fra Pratt & Whitney, et luftfartsfirma, en ny type motor, der blev drevet af et mærkeligt stof, som tilsyneladende blev ledt ind fra en gødningsfabrik i den nærliggende by Apix. I virkeligheden var byen blot et navn på et kort, og gødningsanlægget var et kneb for at narre russerne. Forstyrrelserne var resultatet af Projekt Suntan, et forsøg fra det amerikanske luftvåben på at bygge et fly, der drives med brint som brændstof. Det lykkedes næsten. Motorerne fungerede med succes, men selve opbevaringen og forsyningen af brint viste sig at være for dyr til, at produktionen kunne fortsætte.

Suntan var blot det første af en række mislykkede forsøg på at bruge brint til at drive flyvning tungere end luft. Det er en stor forlystelse. Brint indeholder tre gange så meget energi pr. kilo som petroleum, det nuværende standardbrændstof til flyvning, og lethed er en vigtig faktor i luften. Tupolev, i det daværende Sovjetunionen, forsøgte sig i 1980’erne. Boeing forsøgte i 2000’erne. En lille demonstrator har fløjet i Tyskland. Men intet har så at sige taget rigtig fart. Brint er ganske vist let, men det er uhåndterligt, og det er derfor vanskeligt at opbevare det om bord. Det skal enten sættes under tryk eller gøres flydende, hvilket i begge tilfælde medfører sine egne komplikationer. Dertil kommer, at der ikke er nogen etableret infrastruktur til at fremstille og distribuere det.

Denne gang er det anderledes

Nu er tingene imidlertid blevet anderledes. Luftfarten er under pres for at begrænse kuldioxidemissionerne ved at brænde mindre petroleum. Og snakken om at opbygge infrastruktur til fremstilling og levering af brint til andre formål, f.eks. opvarmning og landtransport, er ved at blive seriøs, hvilket betyder, at brint kan blive tilgængeligt som en råvare i stedet for at skulle fremstilles specielt. Fordelbalancen kan således være ved at ændre sig. Så nogle få modige sjæle kigger endnu en gang på tanken om brintdrevet flyvning.

Project Suntan brugte stoffet på samme måde som petroleum – til at skabe den varme, der er nødvendig for at drive en jetmotor. Det er en vej fremad. Men mange fly drives af propeller, og det giver mulighed for en anden fremgangsmåde, for propeller kan drejes af elmotorer. Ved hjælp af brændselsceller, en teknologi fra det 19. århundrede, som nu er ved at komme til sin ret, er det muligt at generere den nødvendige elektricitet med brint.

Dette er den fremgangsmåde, som ZeroAvia, et firma med hovedsæde i Cranfield i det sydlige Storbritannien, har valgt. I september afslørede ZeroAvias ingeniører et seks-sæders brændstofcelledrevet fly, der kunne lette, gennemføre to rundture i lufthavnen og lande. Det pågældende fly er en modificeret Piper M-klasse – et fly med en enkelt propel, der normalt drives af en stempelmotor. Ingeniørerne erstattede denne med en elektrisk motor og installerede en række brændselsceller til at drive motoren og et sæt tanke til at opbevare den brint, der driver brændselscellerne.

Val Miftakhov, ZeroAvias chef, håber at se denne demonstrator foretage en 400 km lang tur, der foreløbig er planlagt til ugen den 21. december, efterfulgt af en længere flyvning fra Orkneyøerne, en øgruppe ud for Storbritanniens nordspids, næste forår. (Orkneyøernes myndigheder er interesseret i “hopper”-fly, der kan forbinde øerne i øgruppen). Firmaet planlægger også at have en 20-sæders demonstrator klar i 2021. Certificering til kommerciel brug kan følge i 2023.

Hot i hælene på ZeroAvia er H2Fly, et spin-off fra DLR, Tysklands luftfartsforskningscenter. I 2016 tilføjede dette firma brændselsceller til en motoriseret Pipistrel-svæveflyvemaskine, som derefter holdt sig i luften i 15 minutter. Planen er at udvide denne fremgangsmåde til en produktionsversion af et propeldrevet fly i test, der skal gennemføres i nær fremtid. I mellemtiden har en amerikansk producent af elmotorer, magniX, annonceret et samarbejde med Universal Hydrogen, et firma i Los Angeles, om at ombygge et de Havilland Canada Dash 8-300-fly med 40 pladser til at køre på brændselsceller. De håber, at dette vil være klar i 2025.

Disse fremgangsmåder synes i princippet at kunne fungere. De vil dog i praksis skulle konkurrere med elektriske fly, der drives af batterier. I maj fløj et amerikansk firma ved navn AeroTEC en ni-sædet Cessna Caravan, der var blevet ombygget til batteridrift, gennem luften over staten Washington. I december samarbejdede magniX med Harbour Air, et canadisk selskab, om at flyve med en ombygget de Havilland vandflyvemaskine i British Columbia. De to firmaer har nu travlt med at forberede dette fly til kommerciel certificering. Mere ambitiøst er det, at flere virksomheder, f.eks. Eviation, et israelsk firma, forsøger at bygge batteridrevne fly fra bunden i stedet for at ombygge eksisterende flyrammer.

Batterier ikke inkluderet

Brændselscellernes fortalere siger dog, at de er bedre end batterier til at drive flyvning, fordi cellerne plus det tilhørende brændstof lagrer mange gange mere energi pr. kilo, end batterier kan klare. “Batterier giver dig virkelig acceleration. Men de giver dig ikke rækkevidden”, siger Robert Steinberger-Wilckens, der er kemiingeniør ved University of Birmingham i Storbritannien. Batteriteknologien bliver bedre og bedre, men der skal store gennembrud til, før længere rejser med passagerer og fragt om bord bliver mulige.

Ansættelse af elektriske energikilder i et eksisterende fly, hvad enten det er i form af batterier eller brændselsceller, er en begyndelse. Men en sådan fremdrift kan føre til betydelige omkonstruktioner, som den, Eviation planlægger for sit formodede produkt, Alice. Dette har tre propeller, som alle vender bagud. Selv om de engang var populære, har bagudrettede propeller været umoderne i årtier. Elektriske vertikalt startende og landende fly – droner, der transporterer mennesker, og som nogle gange bliver udråbt som fremtiden for personlig transport – drives også ofte af flere mindre elmotorer, hvilket gør dem velegnede til brændselscellebaseret brintkraft.

Større maskiner har større problemer. Det kræver meget mere kraft for et fly at lette og lande end at flyve på cruise, og hverken batterier eller brændselsceller har endnu ikke den fornødne kraft til at gøre dette for andre end små fly. Hvis større fly skal drives af brint, vil det kræve, at i det mindste en del af arbejdet udføres ved at vende tilbage til Project Suntan-ruten og anvende turbinedrevne motorer, der forbrænder stoffet som en gas.

Denne fremgangsmåde er nu ved at blive vedtaget af Airbus, et europæisk firma, der sammen med Boeing i USA deler duopol på store passagerfly. I september afslørede Airbus ZEROe, et projekt, der er centreret om tre brintdrevne konceptfly. Selv om der er tale om single-aisle-kortdistancemodeller, er de et skridt opad i forhold til fly, der udelukkende kan drives af brændselsceller.

Alle tre er designet til at koble de to brintbaserede teknologier sammen, idet brintforbrændte turbinemotorer skal sætte skub i starten, og brændselsceller skal drive krydstogtflyvningen. Et af koncepterne er et turbopropfly, der kan transportere op til 100 passagerer over afstande på op til 2.000 km. En større turbofan-version vil kunne transportere dobbelt så meget last dobbelt så langt. Den tredje tilgang er mere eksperimentel: en “blended wing”-model, hvor fuselage og aerofoils udgør en del af den samme trekantede aerodynamiske struktur. Fordelen ved dette er, at det skaber ekstra volumen til lagring af brint.

Den udfordring, der ligger i at bruge brint, går dog ud over kropsformen. At omkonstruere en turbinemotor til at køre på stoffet vil være en opgave til flere milliarder dollars. Brint brænder hurtigere end petroleum, og det brænder også varmere. Det betyder, at materialer, der udsættes for forbrænding, udsættes for større spændinger. Der er også risiko for at øge forureningen i form af nitrogenoxider, hvilket delvist vil ophæve de miljømæssige fordele ved at brænde brint. Det ville også være nyttigt at sørge for, at noget af den energi, der bruges til at komprimere eller flydendegøre brinten med henblik på lagring, kan genvindes og udnyttes.

I de næste par år vil Airbus fokusere på at udvikle de to teknologier brændselsceller og brintdrevne turbiner sideløbende med konstruktionen af deres fremtidige fly. Hvis testene på jorden lykkes, håber firmaet at have demonstratorer i luften – hvad Glenn Llewellyn, Airbus’ vicepræsident for nul-emissionsfly, kalder flyvende testbeds – i luften i 2025. En prototype i fuld skala vil følge inden udgangen af dette årti, og det første kommercielle passagerfly med nul-emissioner vil blive sat i drift i 2035. Det er endnu ikke klart, hvem der skal levere motorerne til et sådant fly. Men Safran, en fransk motorfabrikant, der ofte arbejder sammen med Airbus, har bekræftet, at den undersøger brintkraft til kommercielle fly.

Boeing har indtil videre ikke fulgt trop. Denne geografiske opdeling er måske ikke en tilfældighed. Den offentlige politik i EU er stærkt grøn, og det samme gælder den offentlige politik i Storbritannien, som ikke længere er medlem af EU, men hvor flere Airbus-faciliteter er beliggende. EU’s politik udmønter sig især i konkrete penge til relevant forskning via EU’s Clean Sky 2-program.

Ingen sådan støtte, hverken moralsk eller økonomisk, har været tilbudt i USA i de seneste fire år. Joe Bidens kommende regering synes imidlertid at være enig med Europa i miljøspørgsmål. Og denne nye retning vil sandsynligvis, ligesom i Europa, blive ledsaget af offentlige midler. Boeing ville i øvrigt løbe en stor risiko ved at overlade brintkraft til Airbus. Hvis teknologien lykkes, ville selskabet risikere at miste en vigtig del af sit marked – og det er noget, det bestemt ikke har råd til.■

For mere dækning af klimaændringer kan du tilmelde dig The Climate Issue, vores nyhedsbrev, der udkommer hver anden uge, eller besøge vores climate-change hub

Denne artikel blev bragt i Science & technology-sektionen i den trykte udgave under overskriften “If at first you don’t succeed…”