1950年代のフロリダ州の沼では、時折大きな轟音がワニの静寂を邪魔していました。 そのエンジンは、近くの町アピックスの肥料工場から送られてくる奇妙な物質によって動くというのです。 実は、この町は地図上の名前に過ぎず、肥料工場はロシアを騙すための策略であった。 この騒動は、アメリカ空軍が水素を燃料とする飛行機を作ろうとした「サンタン計画」の結果であった。 もう少しで成功するところだった。
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スンタンはちょうど水素を使って重い空気飛行の動力にしようとする一連の試みの最初の失敗でした。 その魅力は大きいです。 水素は、現在の標準的な航空燃料であるケロシンの3倍のエネルギーを1キログラムあたり持っており、上空では軽さが重視される。 1980年代には、当時のソビエト連邦のツポレフが実験を行った。 2000年代にはボーイング社が挑戦している。 ドイツでは小型の実証機が飛行している。 しかし、まだ本格的な普及には至っていない。 水素は軽いけれども、かさばるので機内への保管が難しい。 加圧するか、液化して使うか、どちらも難しい。 そのうえ、製造や流通のためのインフラが確立されていないのです。 航空会社は、灯油の燃焼を減らして二酸化炭素の排出を抑制するよう圧力を受けています。 また、暖房や陸上輸送など、他の目的での水素製造・供給インフラの構築の話も本格化しており、水素は特別なものでなく、商品として入手できるようになるかもしれない。 つまり、水素は特別なものでなく、コモディティとして利用できるようになるかもしれないのです。
プロジェクト・サンタンは、灯油を使うように水素を使って、ジェットエンジンに必要な熱を作り出しました。 これは一つの方法です。 しかし、多くの飛行機はプロペラで動いているため、電気モーターでプロペラを回すという第二のアプローチが可能です。 燃料電池という19世紀の技術を使って、そのために必要な電気を水素で発生させることができるのです」
これが、イギリス南部のクランフィールドに拠点を置くゼロアビアの取り組みです。 9月にゼロアビアのエンジニアは、離陸して空港を2周して着陸できる6人乗りの燃料電池飛行機を発表した。 この飛行機は、パイパー社のMクラスを改造したもので、通常はピストンエンジンで駆動するシングルプロペラ機である。 エンジニアたちはこれを電気モーターに置き換え、そのモーターに電力を供給するための燃料電池のバンクと、燃料電池を動かすための水素を入れるタンクを設置した。
ZeroAviaのボス、Val Miftakhovは、このデモ機が400km飛行することを期待しており、12月21日の週を予定しているが、来年の春にはイギリス北端の群島オークニーからの長距離飛行も行う。 (オークニー諸島の島々を結ぶ “ホッパー機 “に、オークニー当局が関心を寄せているそうだ）。 また、2021年には20人乗りの実証機を完成させる予定です。 4659>
ゼロアビアの後に注目すべきは、ドイツの航空研究センターであるDLRからスピンオフしたH2Flyである。 2016年、この会社はモーター駆動のグライダーPipistrelに燃料電池を追加し、15分間上空に留まりました。 そのアプローチを、間もなく実施されるプロペラ機の量産型に拡大する計画です。 一方、アメリカでは、電気モーターメーカーのマグニックス社が、ロサンゼルスのユニバーサル・ハイドロゲン社と提携し、40人乗りのデハビランド社のダッシュ8-300を燃料電池で走れるように改造すると発表している。 4659>
このようなアプローチは、原理的にはうまくいきそうです。 しかし、実際にはバッテリーを動力源とする電気飛行機と競争しなければならない。 5月には、アメリカのAeroTEC社が、バッテリー駆動に改造した9人乗りのセスナ・キャラバンをワシントン州の上空で飛行させた。 その前の12月には、カナダのハーバーエア社と共同で、デ・ハビランド社の水上飛行機を改造してブリティッシュコロンビア州で飛行させた。 現在、両社はこの機体の商業認証取得に向けた準備に追われている。 さらに野心的なことに、イスラエルの Eviation 社などいくつかの企業は、既存の機体を改造するのではなく、ゼロからバッテリー駆動の航空機を作ろうとしています。
バッテリーは含まれません
燃料電池の支持者は、セルとそれに付随する燃料が、バッテリーよりもキロあたり何倍ものエネルギーを蓄積するので、フライトの動力としてバッテリーよりも優れていると述べています。 そのため、このような「忖度」は、「忖度」ではなく「忖度」なのです。 と、英国バーミンガム大学の化学エンジニアであるロバート・スタインバーガー・ウィルケンズは言う。 バッテリー技術は向上していますが、乗客や貨物を乗せたより長い旅が可能になるには、大きなブレークスルーが必要です」
バッテリーや燃料電池といった形で、既存の航空機に電力源を搭載することは、その手始めです。 しかし、このような推進力は、Eviation社がAliceという製品のために計画しているような、重要な再設計につながる可能性があります。 これは3つのプロペラを持ち、そのすべてが後方に向いている。 かつては人気があったが、後ろ向きのプロペラは数十年前に流行遅れになった。 電動垂直離着陸機（未来の個人輸送機として宣伝されることもある、人を乗せて飛ぶドローン）は、多くの場合、複数の小型電気モーターで動きますので、燃料電池を使った水素発電との相性がよいのです。 飛行機は巡航するよりも離着陸する方がずっと大きな力を必要としますが、小型の飛行機以外では電池も燃料電池もまだこれを行うだけの力がありません。 もし、より大きな飛行機を水素で動かすとしたら、少なくともその仕事の一部は、プロジェクト・サンタンのルートに戻り、水素をガスとして燃やすタービン駆動のエンジンを採用することが必要になるであろう。 エアバスは9月、水素を動力源とする3機のコンセプト機を中心としたプロジェクト「ZEROe」を発表した。 これらは単通路の短距離路線用モデルだが、燃料電池だけで動くものよりも一歩進んでいる。
3機とも、水素を燃やすタービンエンジンで離陸し、燃料電池で巡航することで、2つの水素技術を結びつけた設計になっている。 コンセプトのひとつはターボプロップで、最大100人の乗客を乗せて2,000kmの距離を飛行するものです。 さらに大型のターボファンでは、その2倍の距離を飛行することができる。 3つ目は、より実験的なアプローチで、胴体とエアロフォイルが同じ三角形の空力構造の一部を構成する「ブレンデッドウィング」モデルである。 この利点は、水素を貯蔵するための容積が増えることです。
しかし、水素を使用する上での課題は、機体の形状にとどまりません。 水素で動くようにタービン・エンジンを再設計するのは、数十億ドル規模の努力となる。 水素は灯油より早く燃え、また高温になります。 そのため、水素の燃焼にさらされる材料には大きなストレスがかかる。 また、窒素酸化物などの公害を引き起こす危険性もあり、水素を燃焼させることによる環境面でのメリットは半減してしまう。 さらに、水素を圧縮または液化して貯蔵するために使用するエネルギーの一部を回収して利用できるようにすることも有用です。
今後数年間、エアバスは将来の航空機の設計と並行して、燃料電池と水素駆動タービンの2つの技術の開発に注力します。 地上試験が成功すれば、同社は2025年までに空中実証機（エアバスのゼロエミッション航空機担当副社長、グレン・ルウェリン氏が「フライング・テストベッド」と呼ぶ）を飛行させたいと考えています。 そして2035年には、最初のゼロエミッション民間旅客機が就航する予定です。 このような航空機のエンジンを誰が供給するかは、まだ明確になっていない。 しかし、エアバスとよく仕事をするフランスのエンジンメーカーであるサフランは、民間航空機のための水素動力を検討していることを確認している
これまでのところ、ボーイングはそれに続いていない。 この地理的な違いは、偶然ではないかもしれない。 EUの公共政策は、もはやEUのメンバーではないが、エアバスの施設がいくつかあるイギリスの公共政策と同様に、しっかりとグリーンである。 特に EU の政策は、EU の Clean Sky 2 プログラムを通じて、関連する研究のための実際の資金に反映されています。 しかし、ジョー・バイデン次期政権は、環境問題に関してヨーロッパと同じ考えを持っているようだ。 そして、この新しい方向性は、ヨーロッパと同様、公的資金を伴う可能性が高い。 さらに、ボーイング社は、水素発電をエアバス社に任せるという賭けに出ることになる。
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This article appeared in the Science & technology section of the print edition under the headline “If at first you don’t succeed…”
FIAの気候変動に関するニュースレターは、’04年12月25日付で、’04’の見出しの下に、サイエンス&テクノロジー・コーナーに掲載されました。