Przyszłe samoloty Airbusa: wodorowe samoloty z zerową emisją

Airbus przedstawił propozycję serii samolotów o zerowej emisji pod koniec 2020 roku. To mogłoby wyróżnić Airbusa jako wiodącego producenta na tej arenie, ale wciąż jest wiele do zrobienia. Od tego czasu Airbus ujawnił więcej informacji na temat swoich planów, zaangażowania w wodór i harmonogramu rozwoju. W tym artykule przyjrzymy się temu, co wiemy do tej pory.

Airbus ma ambitne plany dotyczące trzech nowych samolotów, które mogłyby latać z zerową emisją netto. Plany te zostały ujawnione we wrześniu 2020 roku – w dniu, w którym obchodzony jest Dzień Zerowej Emisji. Airbus zamierza wprowadzić pierwszy z tych samolotów do służby do 2035 roku.

Zaproponował trzy koncepcje samolotów, z których każda oparta jest na wodorowym źródle paliwa. Nazwano je ZEROe. Oprócz projektowania i technologii samolotów i silników, Airbus realizuje znacznie szerszy projekt mający na celu uczynienie koncepcji napędu wodorowego i zerowej emisji ekonomicznie opłacalną.

Dyrektor generalny Airbusa, Guillaume Faury, wyjaśnił ambicje Airbusa w oświadczeniu wydanym w momencie rozpoczęcia projektu. Powiedział on: „Jest to historyczny moment dla całego sektora lotnictwa komercyjnego i zamierzamy odegrać wiodącą rolę w najważniejszej transformacji, jakiej ta branża kiedykolwiek doświadczyła. Koncepcje, które dziś prezentujemy, dają światu wgląd w nasze ambicje, aby realizować śmiałą wizję przyszłości lotów bezemisyjnych. Jestem głęboko przekonany, że wykorzystanie wodoru – zarówno w paliwach syntetycznych, jak i jako podstawowego źródła energii dla samolotów komercyjnych – ma potencjał, aby znacząco zmniejszyć wpływ lotnictwa na klimat.”

Trzy projekty samolotów

Zaproponowano trzy różne projekty samolotów. Pierwsze dwa z nich wyglądają bardzo podobnie do istniejących samolotów wąskokadłubowych, ale ich konstrukcja zostałaby zmieniona tak, aby pomieścić dodatkowe magazyny wodoru. Trzeci projekt to nowa konstrukcja zoptymalizowana pod kątem wykorzystania wodoru.

Regionalny samolot turbośmigłowy. Pierwsza koncepcja to mniejszy samolot regionalny o pojemności 100 pasażerów. Będzie on miał zasięg zaledwie 1000 mil morskich i będzie wyposażony w zmodyfikowane silniki turbinowe.

Turbofan narrowbody. Druga, większa koncepcja dotyczy samolotu o pojemności 120-200 osób i zasięgu do 2 000 mil morskich. Zastosowano by w nim zmodyfikowany turbowentylatorowy silnik odrzutowy. Dodatkowe paliwo wodorowe byłoby przechowywane w tylnej części kadłuba, za tylną przegrodą.

Nowy, mieszany projekt skrzydła. Trzeci proponowany samolot to duży krok naprzód. Zastosowano w nim konstrukcję mieszaną, która zwiększa szerokość kadłuba, zapewniając więcej możliwości magazynowania i dystrybucji wodoru. Samolot będzie mógł pomieścić około 200 pasażerów, ale z zupełnie nową koncepcją kabiny. Nie ujawniono żadnych propozycji dotyczących wnętrza, ale istnieje możliwość stworzenia innowacyjnych kabin i dodatkowych funkcji – lub po prostu gęstych siedzeń z wieloma przejściami.

Wodór zamiast energii elektrycznej

Wszystkie trzy samoloty Airbusa będą napędzane wodorem. Często dyskutowaliśmy na temat przyszłości paliwa lotniczego, skupiając się na paliwach zrównoważonych, energii elektrycznej i wodorowej.

Zrównoważone paliwo polega na dodawaniu zrównoważonych produktów do standardowego paliwa lotniczego w celu zmniejszenia ogólnego zużycia paliw kopalnych. Kilka linii lotniczych pracuje obecnie nad biopaliwami. Airbus jest w to oczywiście zaangażowany, ale samoloty ZEROe pójdą dalej i całkowicie zastąpią paliwa kopalne.

Energia elektryczna ma potencjał w lotnictwie, ale przed dużymi samolotami jest jeszcze długa droga do przebycia. Poważnym ograniczeniem jest w szczególności technologia akumulatorów i ich masa. Istnieje kilka propozycji dla mniejszych samolotów, takich jak partnerstwo pomiędzy Rolls-Royce i norweskimi liniami lotniczymi Widerøe w celu opracowania elektrycznych samolotów dojazdowych. Z kolei firma Honeywell pracuje nad większymi koncepcjami hybrydowo-elektrycznymi.

Hybrydowe podejście do wykorzystania wodoru

W przypadku samolotów napędzanych wodorem, wodór może być wykorzystywany na dwa sposoby:

• Może być wykorzystywany jako źródło paliwa dla ogniw paliwowych. Wodór reaguje z tlenem, wytwarzając energię elektryczną (z ciepłem i wodą jako produktami ubocznymi). Energia ta zasila następnie silnik.
• Alternatywnie, wodór może być wykorzystywany bezpośrednio jako źródło paliwa w zmodyfikowanym silniku.

Airbus analizuje obie te metody w odniesieniu do samolotów. Prawdopodobnie zastosuje podejście hybrydowe, w którym wodór będzie wykorzystywany zarówno bezpośrednio jako paliwo, jak i poprzez elektryczne ogniwo paliwowe. Airbus już wcześniej przedstawił propozycję samolotu napędzanego ogniwami paliwowymi z silnikami umieszczonymi w obudowie. Airbus ma nadzieję potwierdzić wybór metod napędowych do rozwoju w 2022 r.

Rozwijanie wykorzystania wodoru

Wykorzystanie wodoru w lotnictwie jest obecnie na wczesnym etapie rozwoju. W 2008 r. Boeing oblatał pierwszy samolot napędzany wodorem. Natomiast ZeroAvia w 2020 r. poleciała pierwszym na świecie komercyjnym samolotem napędzanym wodorem – przerobionym sześciomiejscowym samolotem Piper. Teraz planuje pójść dalej i zwiększyć zasięg do 250 mil.

Jednak już wcześniej turbiny gazowe były wykorzystywane w większych samolotach z napędem wodorowym. Siły Powietrzne USA latały samolotami B-57 na paliwie wodorowym w latach 50-tych. W latach 80-tych Tupolew przerobił samolot Tu-155 na turbinę gazową zasilaną wodorem.

To zadziałało, ale kosztem wielu foteli. Tupolew rozważał zastosowanie wodoru w naddźwiękowym Tu-144, ale nigdy do tego nie doszło.

Technologia została sprawdzona, ale przed nami jeszcze długa droga.
Współpraca z innymi gałęziami przemysłu

Rozwój technologii wodorowej będzie kluczową częścią programu Airbusa. Ważnym założeniem jest to, że cena wodoru będzie się obniżać wraz z rozwojem jego zastosowania. Kilka gałęzi przemysłu wykorzystuje lub bada możliwości wykorzystania wodoru – w tym motoryzacja, transport ciężarowy, kolejnictwo i żegluga.
samoloty napędzane wodorem

Jak dotąd wiemy kilka rzeczy o tym, jak Airbus podchodzi do tego rozwoju:

• Lotnictwo musi przyjąć ciekły wodór jako źródło paliwa, a nie jako gaz pod wysokim ciśnieniem. Airbus współpracuje z innymi branżami (w szczególności transportem ciężarowym i morskim) nad korzyściami płynącymi z bezpośredniego przejścia na ten rodzaj paliwa przy mniejszych inwestycjach.
• Technologia pochodzi nie tylko z lotnictwa, ale także z przemysłu kosmicznego, energetycznego i motoryzacyjnego. Airbus poszukuje sposobów współpracy z tymi sektorami w celu udoskonalenia tych technologii dla wszystkich sektorów. Podkreśliła, że takie wielobranżowe zastosowanie jest kluczem do wykorzystania wodoru w lotnictwie.
• Airbus utworzył już spółkę joint venture z niemiecką firmą motoryzacyjną ElringKlinger. Jego celem będzie dostosowanie samochodowych ogniw paliwowych do wykorzystania w lotnictwie, a wyniki będą przekazywane do tej branży.

Rozwój infrastruktury lotniskowej

Jednym z głównych ograniczeń technologii wodorowej jest jej przyjęcie przez porty lotnicze. Jedną rzeczą jest zaprojektowanie samolotu, który może być zasilany i magazynowany wodorem. Inną jest stworzenie globalnej infrastruktury, która będzie go obsługiwać. Jest to często wymieniane jako jedno z głównych ograniczeń wykorzystania wodoru.

Skąd wzięłyby się pierwsze zobowiązania? Aby linie lotnicze dokonały znaczących inwestycji, będą chciały gwarancji, że samoloty będą mogły być używane w wielu portach lotniczych. Aby zainwestować w niezbędną infrastrukturę paliwową, porty lotnicze będą musiały wiedzieć, że linie lotnicze będą z niej korzystać.

Airbus jest zaangażowany w rozwój technologii zeroemisyjnej nie tylko jako ćwiczenie techniczne mające udowodnić, że jest to możliwe, ale jako pełny plan użytkowania i rentowności. W związku z tym już teraz analizuje, w jaki sposób można by wprowadzić samoloty na rynek przy ograniczonej dostępności lotnisk, ale nadal umożliwiając dużą liczbę lotów.

Paryż jako pierwsze lotnisko?

Na początku 2021 roku Airbus ogłosił potencjalny plan uczynienia Paryża „wodorowym” hubem. Wraz z Air France-KLM, Groupe ADP i agencją Choose Paris Region poszukuje ofert firm zajmujących się magazynowaniem, transportem i dystrybucją wodoru na paryskich lotniskach. Firma jest również zainteresowana szerszym wykorzystaniem wodoru w innych operacjach lotniskowych.

Jean-Brice Dumont, wiceprezes wykonawczy ds. inżynierii w firmie Airbus, wyjaśnił znaczenie tej kwestii, mówiąc:

„Airbus jest zdeterminowany, aby napędzać śmiałą wizję przyszłości zrównoważonego lotnictwa i przewodzić przejściu do bezemisyjnych lotów komercyjnych. Wodór jest jedną z najbardziej obiecujących technologii, które pomogą nam osiągnąć ten cel, ale nie będziemy w stanie zrobić tego sami. Ta rewolucja będzie wymagała również zmian w naszych ekosystemach regulacyjnych i infrastrukturalnych na całym świecie.

„Porty lotnicze mają do odegrania kluczową rolę w umożliwieniu tej transformacji, począwszy od dziś, i mamy nadzieję, że ta inicjatywa otwartej innowacji będzie sprzyjać rozwojowi kreatywnych projektów i rozwiązań.”
Harmonogram wprowadzania nowych samolotów

Airbus podzielił się większą ilością szczegółów dotyczących przewidywanej skali czasowej podczas niedawnej imprezy CAPA Center For Aviation. Planuje, że pierwszy samolot wejdzie do służby do 2035 roku, ale najprawdopodobniej nie będzie to dotyczyć trzeciego samolotu z koncepcją mieszanego skrzydła.

Firma zaproponowała następujący orientacyjny harmonogram prac rozwojowych:

• Wrzesień 2020 r: Rozpoczęcie programu 2022: trzeci poziom gotowości technologicznej (dowód słuszności koncepcji) i wybór układu napędowego
• 2024 – 2025: Wprowadzenie produktu na rynek, wraz z wyborem ostatecznego projektu do dalszych prac
• 2035: Wprowadzenie do eksploatacji pierwszego samolotu

Dążenie do zmniejszenia liczby zezwoleń stwarza wiele możliwości i wyzwań dla producentów i linii lotniczych.

Czy uważasz, że podejście ZEROe firmy Airbus jest właściwe? J

ak myślicie, w którym kierunku będzie zmierzał rozwój?
Zapraszamy do podzielenia się swoimi przemyśleniami w komentarzach.