Poszukiwane czyste napędy


18-10-2021 21:14:45

Branże transportowe poszukują pilnie rozwiązań napędów bezemisyjnych. Stało się to obowiązkiem wszystkich przewoźników: także wytwórców samolotów. Samolot z napędem bez emisyjnym ma być standardem w lotnictwie cywilnym.

Badania koncentrują się na wykorzystywaniu ogniw paliwowych: przetworzenie wodoru na prąd elektryczny a tym samym zamiana napędu ze spalinowego na elektryczny. Bez emisyjne latanie – to największe wyzwanie stojące przed lotnictwem cywilnym. Niemieckie Centrum Podróży Lotniczych i Kosmicznych (DLR) z Kolonii oraz MTU Aero Engines z Monachium opracowały wspólnie, oparty na wykorzystaniu ogniw paliwowych, układ napędowy, który mają zamiar rozwijać. Obie firmy chcą wspólnie w następnych latach wprowadzić do prób samolot typu Dornier 228 wyposażony w zespół akumulatorów zasilanych ogniwami paliwowymi, zgodnie z koncepcją „Zero E”. Producenci chcą do 2035 r. oferować tego typu samoloty, przy czym nie wykluczają zastosowania także innych układów napędowych. Samolot taki ma 6 śmigieł pod powierzchniami nośnymi. Każda z tych jednostek wyposażona jest w oddzielny układ napędowy, zbiorniki na wodór, silnik elektryczny i elektronikę sterującą. Samolot Airbusa ma zabierać 100 pasażerów, mieć zasięg 1850 km i prędkość 600 km/h.

Naukowcy dają też szansę silnikom turbowentylatorowym, tzw. turbo-fans. Będą one zasilane wodorem i przewozić 120 do 200 pasażerów na odległość do 3700 km. Konstruktorzy małych samolotów są, pod względem innowacji, często przykładem dla „dużych”. Brytyjsko-amerykańskie przedsiębiorstwo Zero Avia z Kalifornii rozwinęło produkcję samolotu PiperM napędzanego ogniwami paliwowymi akumulatorami i chce zdobyć rynek dla specjalnej grupy celowej. Samolot ma mieć zasięg do 900 km i zabierać do 20 pasażerów. Ten rodzaj napędu ma być gotowy do wprowadzenia w 2023 r.

Jako możliwe do wykorzystania surowce do produkcji Biokerozyny mają być wykorzystywane odpady z wytwarzania produktów spożywczych, produkcji roślinnej i leśnej. I tu zaczyna się problem: przyszły nośnik energii musi być dostępny w każdym miejscu, na małych i dużych lotniskach. Porty lotnicze muszą więc przebudować swoją infrastrukturę - a na to trzeba czasu. Air France - KLM, Airbus, grupa operacyjna ADP i Region Paryski już „majstrują” przy tym: badają w jaki sposób można składować i dystrybuować wodór. Grupą kieruje DLR: ma za zadanie przygotować i serwisować samoloty doświadczalne. Zadaniem MTU jest rozwijanie różnego typu napędów opartych na wykorzystaniu ogniw paliwowych.

W opracowaniu jest pierwszy na świecie układ napędowy samolotu oparty na ogniwach paliwowych BALIS. Celem projektu jest opracowanie układu napędowego opartego na wykorzystaniu ogniw paliwowych o mocy ok. 1,5 MW i wypróbowanie tego opracowania. Chodzi tu o wykorzystanie napędu w samolotach bliskiego zasięgu (do 1000 km), zabierających 40 do 60 pasażerów. DLR buduje także stanowisko badawcze ogniw paliwowych, stacje wodorowe, silniki elektryczne i układy sterowania.

Dwaj niemieccy przewoźnicy lotniczy: H2FLY z Auenwald i Deutsche Aircraft z Oberpfaffenhofen chcą zastosować ogniwa paliwowe do napędu samolotów krótkiego zasięgu: już w 2025 gotowy ma być prototyp Dornier 328, zabierający do 40 osób. H2Fly współpracuje z DLR i Uniwersytetem w Ulm: firma ta jest nową na rynku producentów samolotów. Jak twierdzi prof. Josef Kallo, prezes H2FLY, latanie to bardzo ważne osiągnięcie ludzkości, dzisiaj niestety realizowane ze szkodą dla środowiska. Technologia wodorowych ogniw paliwowych spowoduje, że lotnictwo bliskiego zasięgu nie będzie emitowało żadnych szkodliwych substancji. A technologia potrzebna do realizacji tego celu jest już dziś dostępna.

Przy okazji: w 1988 r. w ówczesnym ZSRR latał Tupolew Tu155 początkowo napędzany wodorem, a później płynnym gazem. Wykonał ponad 100 lotów próbnych, pozwalających przypuszczać, że wodór nadaje się do wykorzystania do napędu silników. Wodór może być w samolotach wykorzystywany w różny sposób: do bezpośredniego spalania w przekonstruowanych turbinach gazowych, z wykorzystaniem ogniw paliwowych zamieniających go w energię elektryczną lub do produkcji kerozyny w kombinacji z CO2 syntetyczną korozyjną. Projekt ten wówczas jednak nie był rozwijany.

Erwin Halentz, Józef Trzionka

 

Ogniwa paliwowe

W ogniwie paliwowym reaguje dostarczone paliwo (wodór z gazu ziemnego) z czynnikiem oksydacyjnym (tlen z powietrza). W wyniku tego procesu powstaje woda, prąd i ciepło. Ta reakcja elektrochemiczna jest niezwykle wydajna. Niezbędny do procesu wodór można otrzymać przez reformowanie gazu ziemnego. W zakresie mobilności ogniwa paliwowe są stosowane przede wszystkim w autobusach, samochodach osobowych i w niedługim być może czasie – samolotach.

 

 

 

 

 

 

Dornier 228: ten dwusilnikowy turbośmigłowiec służy jako samolot testowy napędu wykorzystującego ogniwa paliwowe. W 2026 r. ma wznieść się w powietrze na lotnisku doświadczalnym Oberpfaffenhofen w Bawarii. (Foto: DLR/MTU)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Niemieckie Centrum dla Podróży Powietrznych i Kosmicznych (DLR) opracowało i testuje w projekcie BALIS ogniwa paliwowe w zakresie megawata, przeznaczone do napędu samolotów. Bez emisyjne loty mają być możliwe przy wykorzystaniu tej metody. Wodór może występować jako paliwo we wszelkiego rodzaju środkach transportu, także w samolotach. (Foto: DLR)

Komentuje Waldemar Rukść

eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl