În mlaștinile din Florida anilor ’50, un vuiet puternic tulbura ocazional liniștea aligatorilor locali. În condiții de cel mai strict secret, inginerii de la Pratt & Whitney, o companie aerospațială, testau un nou tip de motor care era alimentat de o substanță ciudată, aparent adusă prin conducte de la o fabrică de îngrășăminte din orașul Apix, aflat în apropiere. În realitate, orașul era doar un nume pe o hartă, iar fabrica de îngrășăminte era un șiretlic pentru a-i păcăli pe ruși. Tulburările au fost rezultatul Proiectului Suntan, o încercare a forțelor aeriene americane de a construi un avion alimentat cu hidrogen. Aproape că a funcționat. Motoarele au funcționat cu succes, dar stocarea și furnizarea hidrogenului în sine s-au dovedit a fi prea costisitoare pentru ca producția să continue.
Furnizorul dvs. nu acceptă elementul <audio>.
Descoperiți mai multe materiale audio și podcast-uri pe iOS sau Android.
Suntan a fost doar prima dintr-o serie de încercări eșuate de a folosi hidrogenul pentru a alimenta zboruri mai grele decât aerul. Atracția este mare. Hidrogenul conține de trei ori mai multă energie pe kilogram decât kerosenul, actualul combustibil standard pentru aviație, iar lejeritatea este la mare preț la înălțime. Tupolev, în ceea ce era pe atunci Uniunea Sovietică, a încercat în anii 1980. Boeing a încercat în anii 2000. Un mic demonstrator a zburat în Germania. Dar nimic nu a decolat cu adevărat, ca să spunem așa. Hidrogenul, deși este ușor, este voluminos, ceea ce îl face dificil de depozitat la bord. Trebuie fie presurizat, fie lichefiat, ambele variante aducând complicații proprii. În plus, nu există o infrastructură stabilită pentru producerea și distribuirea lui.
De data aceasta este diferit
Acum, însă, lucrurile s-au schimbat. Aviația se află sub presiune pentru a reduce emisiile de dioxid de carbon prin arderea mai puțin kerosen. Iar discuțiile privind construirea unei infrastructuri de fabricare și livrare a hidrogenului în alte scopuri, cum ar fi încălzirea și transportul terestru, devin serioase, ceea ce înseamnă că hidrogenul ar putea deveni disponibil ca un produs de bază, în loc să trebuiască să fie fabricat special. Echilibrul avantajelor ar putea astfel să se schimbe. Așadar, câteva suflete curajoase se uită din nou la ideea zborului propulsat cu hidrogen.
Proiectul Suntan a folosit chestia în modul în care este folosit kerosenul – pentru a crea căldura necesară pentru a alimenta un motor cu reacție. Aceasta este o cale de urmat. Dar multe avioane sunt acționate de elice, iar acest lucru permite o a doua abordare, deoarece elicele pot fi rotite de motoare electrice. Cu ajutorul pilelor de combustie, o tehnologie din secolul al XIX-lea care acum își intră în drepturi, este posibil să se genereze electricitatea necesară pentru a face acest lucru cu ajutorul hidrogenului.
Aceasta este abordarea adoptată de ZeroAvia, o firmă cu sediul în Cranfield, în sudul Marii Britanii. În septembrie, inginerii de la ZeroAvia au prezentat un avion cu șase locuri, alimentat cu pile de combustie, care poate decola, parcurge două circuite ale aeroportului și ateriza. Avionul în cauză este un Piper M-class modificat – un avion cu o singură elice, care în mod normal este propulsat de un motor cu piston. Inginerii l-au înlocuit cu un motor electric și au instalat o bancă de pile de combustie pentru a alimenta acel motor și un set de rezervoare pentru a păstra hidrogenul care alimentează pilele de combustie.
Val Miftakhov, șeful ZeroAvia, speră să vadă acest demonstrator făcând o călătorie de 400 km, programată provizoriu pentru săptămâna din 21 decembrie, urmată de un zbor mai lung din Orkney, un arhipelag în largul extremității nordice a Marii Britanii, în primăvara anului viitor. (Autoritățile din Orkney sunt interesate de avioane „hopper” care să poată lega insulele arhipelagului). De asemenea, firma intenționează să aibă un demonstrator de 20 de locuri gata în 2021. Certificarea pentru utilizare comercială ar putea urma în 2023.
Chiar pe urmele lui ZeroAvia se află H2Fly, un spin-off al DLR, centrul de cercetare aeronautică din Germania. În 2016, această firmă a adăugat pile de combustie la un planor Pipistrel motorizat, care a rămas apoi în aer timp de 15 minute. Planul este de a extinde această abordare la un avion cu elice în versiune de serie, în cadrul unor teste care urmează să fie efectuate în curând. Între timp, în America, un producător de motoare electrice numit magniX a anunțat un parteneriat cu Universal Hydrogen, o firmă din Los Angeles, pentru a converti un avion de Havilland Canada Dash 8-300 cu 40 de locuri pentru a funcționa cu pile de combustie. Aceasta, speră ei, va fi gata până în 2025.
Aceste abordări par să funcționeze în principiu. Ele vor trebui, însă, să concureze în practică cu avioanele electrice alimentate de baterii. În luna mai, o firmă americană numită AeroTEC a zburat pe cerul statului Washington cu un Cessna Caravan cu nouă locuri, care fusese transformat pentru a fi alimentat cu baterii. În decembrie anul trecut, magniX a colaborat cu Harbour Air, o companie canadiană, pentru a zbura cu un hidroavion de Havilland transformat în British Columbia. Cele două firme sunt acum ocupate cu pregătirea acestei aeronave pentru certificarea comercială. În mod mai ambițios, mai multe companii, cum ar fi Eviation, o unitate israeliană, încearcă să construiască de la zero avioane cu baterii, mai degrabă decât să convertească structurile existente.
Baterii neincluse
Procurorii pilelor de combustie spun, totuși, că acestea sunt mai bune decât bateriile pentru alimentarea zborului, deoarece celulele plus combustibilul asociat acestora stochează de multe ori mai multă energie pe kilogram decât pot gestiona bateriile. „Bateriile îți oferă cu adevărat accelerația. Dar nu vă vor oferi autonomia”, spune Robert Steinberger-Wilckens, inginer chimist la Universitatea din Birmingham, în Marea Britanie. Tehnologia bateriilor se îmbunătățește, dar va fi nevoie de mari progrese înainte ca călătoriile mai lungi cu pasageri și marfă la bord să devină posibile.
Încadrarea surselor de energie electrică într-o aeronavă existentă, fie sub formă de baterii, fie sub formă de pile de combustie, este un început. Dar o astfel de propulsie ar putea duce la reproiectări semnificative, cum ar fi cea pe care Eviation o plănuiește pentru produsul său putativ, Alice. Acesta are trei elice, toate orientate spre spate. Deși au fost cândva populare, elicele orientate spre spate nu mai sunt la modă de zeci de ani. Avioanele electrice cu decolare și aterizare verticală – dronele care transportă persoane, prezentate uneori ca fiind viitorul transportului personal – sunt, de asemenea, adesea alimentate de mai multe motoare electrice mai mici, ceea ce le face să se potrivească bine cu alimentarea cu hidrogen pe bază de pile de combustie.
Mașinile mai mari au probleme mai mari. Este nevoie de mult mai multă energie pentru ca un avion să decoleze și să aterizeze decât pentru a se deplasa, și nici bateriile, nici pilele de combustie nu au încă forța necesară pentru a face acest lucru pentru alte aeronave decât cele mici. Dacă cele mai mari vor fi alimentate cu hidrogen, va fi nevoie ca cel puțin o parte din muncă să fie făcută prin revenirea la traseul Proiectului Suntan și utilizarea motoarelor cu turbină care ard substanța sub formă de gaz.
Această abordare este adoptată acum de Airbus, o firmă europeană care împarte cu Boeing din America un duopol asupra avioanelor mari de pasageri. În septembrie, Airbus a dezvăluit ZEROe, un proiect axat pe trei avioane concept alimentate cu hidrogen. Deși acestea sunt modele cu un singur culoar pentru distanțe scurte, ele reprezintă un pas înainte față de orice altceva care ar putea fi alimentat doar cu pile de combustie.
Toate cele trei sunt concepute pentru a îmbina cele două tehnologii bazate pe hidrogen, cu motoare cu turbină care ard hidrogenul pentru decolare, iar pilele de combustie pentru croazieră. Unul dintre concepte este un turbopropulsor care ar putea transporta până la 100 de pasageri pe distanțe de până la 2.000 km. O versiune mai mare cu turbosuflante ar duce o încărcătură de două ori mai mare, de două ori mai departe. Cea de-a treia abordare este mai experimentală: un model de „aripă mixtă”, în care fuselajul și aerofoarele fac parte din aceeași structură aerodinamică triunghiulară. Avantajul este că astfel se creează un volum suplimentar pentru stocarea hidrogenului.
Provocările legate de utilizarea hidrogenului depășesc însă forma corpului. Reproiectarea unui motor cu turbină pentru a funcționa cu această substanță va fi un efort de mai multe miliarde de dolari. Hidrogenul arde mai repede decât kerosenul și, de asemenea, arde mai tare. Acest lucru înseamnă că materialele expuse la combustia sa sunt supuse unor tensiuni mai mari. De asemenea, riscă să crească poluarea generată sub formă de oxizi de azot, ceea ce ar anula parțial beneficiile de mediu ale arderii hidrogenului. Și ar fi util, de asemenea, să se aranjeze lucrurile astfel încât o parte din energia folosită pentru a comprima sau lichefia hidrogenul pentru stocare să poată fi recuperată și pusă în funcțiune.
În următorii ani, Airbus se va concentra pe dezvoltarea tehnologiilor gemene de pile de combustie și turbine alimentate cu hidrogen în paralel cu proiectarea viitoarelor sale aeronave. Dacă testele la sol vor avea succes, firma speră să aibă demonstratoare aeriene – ceea ce Glenn Llewellyn, vicepreședintele Airbus pentru aeronave cu emisii zero, numește bancuri de testare zburătoare – la bord până în 2025. Un prototip la scară reală ar urma până la sfârșitul deceniului, iar primul avion comercial cu emisii zero ar urma să intre în serviciu până în 2035. Cine ar urma să furnizeze motoarele pentru un astfel de avion nu este încă clar. Dar Safran, un producător francez de motoare care lucrează adesea cu Airbus, a confirmat că analizează alimentarea cu hidrogen pentru avioanele comerciale.
Până în prezent, Boeing nu a urmat exemplul. Este posibil ca această divizare geografică să nu fie o coincidență. Politica publică a UE este ferm ecologică, la fel ca și politica publică din Marea Britanie, care nu mai este membră a UE, dar care găzduiește mai multe facilități Airbus. Politica UE, în special, se traduce în bani reali pentru cercetări relevante prin intermediul programului Clean Sky 2 al Uniunii.
Nici un astfel de sprijin, moral sau financiar, nu a fost oferit în America în ultimii patru ani. Cu toate acestea, viitoarea administrație a lui Joe Biden pare a fi de aceeași părere cu Europa în materie de mediu. Iar această nouă direcție este probabil, ca și în Europa, să fie însoțită de bani publici. De altfel, Boeing și-ar asuma un risc dacă ar lăsa energia pe bază de hidrogen în seama Airbus. Dacă tehnologia ar avea succes, ar risca să piardă o parte importantă a pieței sale – și asta este ceva ce cu siguranță nu-și poate permite să facă.■
Pentru mai multe reportaje despre schimbările climatice, înregistrați-vă pentru The Climate Issue, buletinul nostru informativ bisăptămânal, sau vizitați hub-ul nostru despre schimbările climatice
Acest articol a apărut în secțiunea Science & technology din ediția tipărită sub titlul „Dacă la început nu reușești…”
.