Az 1950-es évek Floridájában egy hangos üvöltés zavarta meg időnként a helyi aligátorok nyugalmát. A legszigorúbb titoktartás mellett a Pratt & Whitney repülőgépgyár mérnökei egy új típusú hajtóművet teszteltek, amelyet egy furcsa anyag hajtott, amelyet nyilvánvalóan a közeli Apix város műtrágyagyárából vezettek be. A valóságban a város csak egy név volt a térképen, a műtrágyagyár pedig csak egy csel volt az oroszok megtévesztésére. A zavarok a Suntan projekt eredménye voltak, az amerikai légierő kísérlete egy hidrogénnel működő repülőgép megépítésére. Ez majdnem sikerült is. A hajtóművek sikeresen működtek, de maga a hidrogén tárolása és szállítása túl drágának bizonyult ahhoz, hogy a gyártást folytatni lehessen.
A böngészője nem támogatja a <audio> elemet.
Nyerjen több hanganyagot és podcastot iOS-en vagy Androidon.
A Suntan csak az első volt a hidrogénnek a levegőnél nehezebb repülés meghajtására irányuló sikertelen kísérletek sorában. A csábítás nagy. A hidrogén kilogrammonként háromszor annyi energiát tartalmaz, mint a kerozin, a jelenlegi szabványos repülőgép-üzemanyag, és a könnyűség a levegőben prémium. Az 1980-as években az akkori Szovjetunióban a Tupoljev próbálkozott. A Boeing a 2000-es években próbálkozott. Egy kis demonstrátor Németországban repült. De semmi sem indult be igazán. A hidrogén, bár könnyű, terjedelmes, ezért nehézkes a fedélzeten tárolni. Vagy nyomás alá kell helyezni, vagy cseppfolyósítani kell, és mindkettő sajátos bonyodalmakkal jár. Ráadásul nincs kialakult infrastruktúra a gyártására és elosztására.
Ezúttal másképp van
Most azonban a dolgok megváltoztak. A légiközlekedés nyomás alatt áll, hogy kevesebb kerozin elégetésével csökkentsék a széndioxid-kibocsátást. És egyre komolyabban beszélnek a hidrogéngyártó és -szállító infrastruktúra kiépítéséről más célokra, például fűtésre és földi közlekedésre, ami azt jelenti, hogy a hidrogén árucikként válhat elérhetővé, ahelyett, hogy külön kellene gyártani. Az előnyök egyensúlya tehát eltolódhat. Ezért néhány bátor lélek ismét a hidrogénhajtású repülés gondolatával foglalkozik.
A Suntan projekt a kerozinhoz hasonlóan használta az anyagot – a sugárhajtóművek meghajtásához szükséges hő előállítására. Ez az egyik út a továbblépéshez. De sok repülőgépet propellerekkel hajtanak, és ez lehetővé tesz egy második megközelítést, mivel a propellereket elektromos motorokkal lehet forgatni. Az üzemanyagcellák – egy 19. századi technológia, amely mostanában éledezik – segítségével hidrogénnel lehet előállítani az ehhez szükséges villamos energiát.
Ez a ZeroAvia, a dél-britanniai Cranfieldben működő cég által követett irányvonal. Szeptemberben a ZeroAvia mérnökei bemutattak egy hatszemélyes, üzemanyagcellás repülőgépet, amely képes felszállni, két kört tenni a repülőtér körül és leszállni. A szóban forgó repülőgép egy módosított Piper M-osztály – egy egypropelleres repülőgép, amelyet általában dugattyús motor hajt. A mérnökök ezt egy elektromos motorral helyettesítették, és üzemanyagcellákból álló bankot építettek be a motor működtetésére, valamint tartályokat az üzemanyagcellákat működtető hidrogén tárolására.
Val Miftakhov, a ZeroAvia főnöke reméli, hogy ez a demonstrátor 400 km-es utat tesz meg, amelyet az előzetes tervek szerint december 21-én, majd jövő tavasszal egy hosszabb repülés következik Orkney szigetcsoportról, a Nagy-Britannia északi csücskénél található szigetcsoportról. (Az Orkney-szigetek hatóságai érdeklődnek a szigetcsoport szigeteit összekötő “hopper” repülőgépek iránt). A cég azt is tervezi, hogy 2021-re elkészül egy 20 férőhelyes demonstrátor. A kereskedelmi használatra való tanúsítás 2023-ban következhet.
A ZeroAvia nyomában a H2Fly, a német DLR, a német repüléstechnikai kutatóközpont spin-offja. Ez a cég 2016-ban üzemanyagcellákkal látott el egy motoros Pipistrel vitorlázórepülőt, amely aztán 15 percig a levegőben maradt. A tervek szerint ezt a megközelítést a közeljövőben elvégzendő tesztek során kiterjesztik egy légcsavaros hajtású repülőgép sorozatgyártású változatára is. Eközben Amerikában a magniX nevű villanymotor-gyártó cég bejelentette, hogy partnerséget kötött a Los Angeles-i Universal Hydrogen céggel, hogy egy 40 férőhelyes de Havilland Canada Dash 8-300-as repülőgépet átalakítsanak üzemanyagcellás üzemmódra. Reményeik szerint ez 2025-re elkészül.
Az ilyen megközelítések elvileg működőképesnek tűnnek. A gyakorlatban azonban az akkumulátorral hajtott elektromos repülőgépekkel kell majd versenyezniük. Májusban az AeroTEC nevű amerikai cég egy kilencüléses, akkumulátoros meghajtásra átalakított Cessna Caravant repült Washington állam felett. Az előző év decemberében a magniX egy kanadai céggel, a Harbour Airrel együttműködve egy átalakított de Havilland vízirepülőgépet repült Brit Kolumbiában. A két cég most azzal van elfoglalva, hogy előkészítse ezt a repülőgépet a kereskedelmi tanúsításra. Még ambiciózusabb, hogy több cég, mint például az izraeli Eviation, a meglévő repülőgépek átalakítása helyett a semmiből próbál akkumulátorral hajtott repülőgépeket építeni.
Akkuk nem tartoznak ide
Az üzemanyagcellák hívei szerint azonban ezek jobbak a repülés energiaellátására, mint az akkumulátorok, mivel a cellák és a hozzájuk tartozó üzemanyag kilogrammonként többször annyi energiát tárolnak, mint amennyit az akkumulátorok képesek kezelni. “Az akkumulátorok valóban a gyorsulást adják. De nem adják meg a hatótávolságot” – mondja Robert Steinberger-Wilckens, a brit Birminghami Egyetem vegyészmérnöke. Az akkumulátortechnológia fejlődik, de nagy áttörésekre lesz szükség ahhoz, hogy hosszabb utakat tegyenek lehetővé utasokkal és áruval a fedélzeten.
Az elektromos energiaforrások beépítése egy meglévő repülőgépbe, akár akkumulátorok, akár üzemanyagcellák formájában, egy kezdet. De az ilyen meghajtás jelentős újratervezéshez vezethet, mint amilyet az Eviation tervez a feltételezett termékéhez, az Alice-hoz. Ennek három légcsavarja van, amelyek mindegyike hátrafelé néz. Bár egykor népszerű volt, a hátrafelé néző légcsavarok már évtizedek óta kimentek a divatból. Az elektromos függőlegesen fel- és leszálló repülőgépek – az embereket szállító drónok, amelyeket néha a személyszállítás jövőjeként emlegetnek – gyakran több kisebb elektromos motorral működnek, így jól illeszkednek az üzemanyagcellás hidrogénenergiához.
A nagyobb gépeknek nagyobb problémáik vannak. Egy repülőgépnek sokkal több energiára van szüksége a fel- és leszálláshoz, mint a repüléshez, és sem az akkumulátorok, sem az üzemanyagcellák nem rendelkeznek még elegendő erővel ahhoz, hogy ezt a kis repülőgépeken kívül más gépek esetében is megtehessék. Ha a nagyobbak hidrogénhajtásúak lesznek, akkor a munka legalább egy részét úgy kell elvégezni, hogy visszatérünk a Project Suntan útjára, és olyan turbinahajtású hajtóműveket alkalmazunk, amelyek az anyagot gázként égetik el.
Ezt a megközelítést most az Airbus, egy európai cég alkalmazza, amely az amerikai Boeinggel osztozik a nagy utasszállító repülőgépek duopóliumán. Szeptemberben az Airbus bemutatta a ZEROe projektet, amelynek középpontjában három hidrogénhajtású koncepció repülőgép áll. Bár ezek egyfolyosós, rövid távú járatokat teljesítő modellek, egy lépcsőfokot jelentenek a kizárólag üzemanyagcellákkal hajtott repülőgépekhez képest.
Mindhármat úgy tervezték, hogy a két hidrogénalapú technológiát összekapcsolják, a hidrogénüzemű turbinahajtóművek a felszállást, az üzemanyagcellák pedig az utazórepülést segítik. Az egyik koncepció egy olyan turbólégcsavaros repülőgép, amely akár 100 utast is szállíthatna akár 2000 km-es távolságokra. Egy nagyobb turbóventilátoros változat kétszer akkora terhet vinne kétszer olyan messzire. A harmadik megközelítés inkább kísérleti jellegű: egy “kevert szárnyú” modell, amelyben a törzs és a légcsavarok ugyanannak a háromszög alakú aerodinamikai szerkezetnek a részét képezik. Ennek az az előnye, hogy extra térfogatot teremt a hidrogéntároláshoz.
A hidrogén felhasználásának kihívásai azonban túlmutatnak a testformán. Egy turbinamotor újratervezése az anyaggal való működéshez több milliárd dolláros vállalkozás lesz. A hidrogén gyorsabban ég, mint a kerozin, és forróbban is ég. Ez azt jelenti, hogy az égésnek kitett anyagok nagyobb igénybevételnek vannak kitéve. A nitrogén-oxidok formájában keletkező szennyezés növekedésének kockázata is fennáll, ami részben semmissé tenné a hidrogén elégetésének környezeti előnyeit. És hasznos lenne úgy is megoldani a dolgokat, hogy a hidrogén tároláshoz szükséges sűrítéséhez vagy cseppfolyósításához felhasznált energia egy része visszanyerhető és hasznosítható legyen.
A következő néhány évben az Airbus az üzemanyagcellák és a hidrogénhajtású turbinák kettős technológiájának fejlesztésére összpontosít, párhuzamosan a jövő repülőgépeinek tervezésével. Ha a földi tesztek sikerrel járnak, a cég reményei szerint 2025-re már a levegőben lévő demonstrátorok – amit Glenn Llewellyn, az Airbus zéró emissziós repülőgépekért felelős alelnöke repülő próbapadoknak nevez – is repülhetnek. Az évtized végére egy teljes értékű prototípus következne, és az első zéró kibocsátású kereskedelmi repülőgép 2035-re állna szolgálatba. Az még nem világos, hogy ki szállítaná a hajtóműveket egy ilyen repülőgéphez. De a Safran, egy francia hajtóműgyártó, amely gyakran dolgozik együtt az Airbusszal, megerősítette, hogy vizsgálja a hidrogénhajtás lehetőségét a kereskedelmi repülőgépek számára.
A Boeing eddig nem követte a példáját. Ez a földrajzi megosztottság talán nem véletlen. Az EU közpolitikája határozottan zöld, akárcsak Nagy-Britannia közpolitikája, amely már nem tagja az EU-nak, de ahol az Airbus számos létesítménye található. Az EU politikája különösen az Unió Clean Sky 2 programján keresztül a vonatkozó kutatásokra fordított tényleges pénzekben nyilvánul meg.
Az elmúlt négy évben Amerikában sem erkölcsi, sem pénzügyi támogatást nem nyújtottak. Joe Biden hivatalba lépő kormánya azonban úgy tűnik, egy véleményen van Európával a környezetvédelmi kérdésekben. És ezt az új irányt valószínűleg, ahogy Európában is, közpénzek fogják kísérni. A Boeing egyébként kockázatot vállalna, ha a hidrogénenergiát az Airbusra bízná. Ha a technológia sikeres lenne, azt kockáztatná, hogy piacának egy fontos részét elveszíti – és ezt semmiképpen sem engedheti meg magának.■
Az éghajlatváltozással kapcsolatos további tudósításokért iratkozzon fel a The Climate Issue című, kéthetente megjelenő hírlevelünkre, vagy látogasson el az éghajlatváltozással foglalkozó honlapunkra
Ez a cikk a nyomtatott kiadás Science & technológiai rovatában jelent meg “Ha elsőre nem sikerül…”
címmel.