Η εξάλειψη του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της Αεροπορίας, είναι πιο κοντά από ότι πιστεύουμε… Αυτό τουλάχιστον υποστηρίζει η Airbus που εδώ και αρκετό καιρό έχει σε εξέλιξη ένα ευρύ ερευνητικό πρόγραμμα υπό την επωνυμία ZEROe (Zero emissions). Αντικείμενο του ZEROe είναι η διερεύνηση της προοπτικής αξιοποίησης υδρογόνου ως το καύσιμο του άμεσου μέλλοντος στις αεροπορικές μεταφορές και την Αεροπορία γενικότερα. Οι πρόσφατες εξελίξεις φανερώνουν ότι σε καθαρά πρακτικό επίπεδο, το διερευνητικό στάδιο έχει ξεπεραστεί και πλέον ο ευρωπαϊκός κολοσσός έχει περάσει στη διαδικασία της τελειοποίησης και παγίωσης τεχνικών και λύσεων που θα καταστήσουν τη χρήση υδρογόνου εφικτή από κάθε άποψη και ελκυστική, εντός της επόμενης δεκαετίας!

Του Στέργιου Δ. Θεοφανίδη

Στις εξελίξεις στον τομέα της αξιοποίησης υδρογόνου ως το καύσιμο που θα αντικαταστήσει την κλασσικό καύσιμο (αεροπορική βενζίνη) χαμηλής περιεκτικότητας σε μόλυβδο (LL100 – Low Lead) στους εμβολοφόρους κινητήρες, καθώς και την κηροζίνη στους αεριοστρόβιλους στα αεροσκάφη αερομεταφορών (και όχι μόνο…), είχαμε αναφερθεί παλαιότερα.

Ανατρέχοντας εν συντομία στις εξελίξεις στην τεχνολογία των στροβιλοκινητήρων από τον Β΄Παγκόσμιο Πόλεμο μέχρι σήμερα και κατ’ επέκταση στο πώς επιτεύχθηκε σημαντικός περιορισμός στην κατανάλωση καυσίμου και άρα και της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης που επιφέρει η Αεροπορία συνολικά…

Σύμφωνα με εκτιμήσεις του Διεθνούς Συμβουλίου για τις καθαρές αερομεταφορές, οι πτήσεις αεροσκαφών ευθύνονται για το 2,4% της εκπομπής CO2 σε παγκόσμιο επίπεδο. Ποσοστό που μεταφράζεται σε 900 εκατομμύρια μετρικούς τόνους CO2 ετησίως! Μπορεί τα νούμερα αυτά να φαίνονται μικρά, αλλά σίγουρα δεν είναι δεδομένου ότι η επιβατική κίνηση, επομένως και οι πτήσεις, έχουν αυξητική τάση, η οποία θα διατηρηθεί στα επόμενα χρόνια.

Έχοντας εξηγήσει τους λόγους για τους οποίους η λύση της χρήσης μπαταριών (λιθίου) δεν είναι αποδοτική για αξιοποίηση σε αεροσκάφη μέσων και μεγάλων αποστάσεων, η Airbus μέσω του προγράμματος ZEROe απέδωσε έμφαση στην αξιοποίηση κυψελών υδρογόνου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και μέσω αυτής την κίνηση προωστικών συστημάτων (έλικες ή στροβίλους).

Τι είναι οι κυψέλες υδρογόνου;
Πρόκειται για μία πολύ παλιά εφεύρεση του Sir William Grove. Ηλικίας 200 περίπου ετών η οποία εξελίχθηκε στη σημερινή της μορφή από τον Βρετανό μηχανικό Francis Thomas Bacon. Το καθαρό υδρογόνο εισάγεται σε θάλαμο μέσω καταλύτη, προκειμένου τα άτομά του να διαχωριστούν σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια.

Τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια περνώντας μέσα από έναν πορώδη ηλεκτρολύτη, έρχονται σε επαφή με το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα, παράγοντας νερό. Τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια είναι αυτά που παράγουν ηλεκτρική ισχύ.

Η πρόταση των ατρακτιδίων πρόωσης της Airbus
Στις 15 Δεκεμβρίου του 2020 η Airbus παρουσίασε για πρώτη φορά την ιδέα των ατρακτιδίων πρόωσης. Πρόκειται για μηχανισμούς που εκμεταλλεύονται την ηλεκτροχημική αντίδραση του υδρογόνου με το οξυγόνο για να παράξουν ηλεκτρική ισχύ, μέσω της οποίας περιστρέφονται οκτάφυλλες περιορισμένου βάρους (λόγω ευρείας χρήσης σύνθετων υλικών στην κατασκευή τους…), έλικες.

Κάθε ατρακτίδιο περιλαμβάνει πέρα από την οκτάφυλλη έλικα, δεξαμενή υγρού υδρογόνου, ηλεκτροκινητήρα, την κυψέλη παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (Fuel cell), σύστημα ψύξης (της δεξαμενής…) και μονάδα μετατροπής της ηλεκτρικής ισχύος σε μηχανική για την περιστροφή της έλικας. Μέσω αυτής εξασφαλίζεται και ο έλεγχος των στροφών της έλικας, καθώς και του βήματος των πτερυγίων της.

Τα fuel cell pods της Airbus λοιπόν, μοιάζουν με φουσκωμένους θύλακες κινητήρων, οπότε αεροδυναμικά δεν διαφοροποιούν τη διαμόρφωση που έχουν τα δικινητήρια και τετρακινητήρια αεροπλάνα. Από πλευράς βάρους δε, δεν έχουν δοθεί στοιχεία στη δημοσιότητα.

Σημαντικό χαρακτηριστικό των ατρακτιδίων πρόωσης είναι το ότι είναι εύκολα αφαιρούμενα για σκοπούς συντήρησης και επισκευών ή και ανεφοδιασμού της δεξαμενής υγρού υδρογόνου (LH2) που περιέχουν.

Δεν έχει διευκρινιστεί αν εκτός από το εσωτερικό των ατρακτιδίων, θα υπάρχουν δεξαμενές υγρού υδρογόνου και στην πτέρυγα του αεροσκάφους. Επειδή στο πλαίσιο του προγράμματος ZEROe διεξάγονται δοκιμές και για την απευθείας καύση υδρογόνου, σε ειδικά διαμορφωμένους θαλάμους καύσης στροβιλοκινητήρων, το σημαντικότερο ζητούμενο που πρέπει να καλυφθεί, είναι άλλο…

Είναι η δημιουργία λειτουργικών και χαμηλού βάρους δεξαμενών υδρογόνου, υψηλών προδιαγραφών ασφαλείας. Και αυτό διότι δεν επιτρέπεται σε καμία περίπτωση η μεταφορά θερμότητας στο εσωτερικό των δεξαμενών υδρογόνου. Η οποία με τη σειρά της θα προκαλέσει εξάτμιση…

Για την επίλυση ενός τόσο σημαντικού και κρίσιμου για την ασφάλεια των πτήσεων, τεχνικού ζητήματος, ζητήθηκε η συνδρομή του Τμήματος Μηχανικής της Airbus Defence & Space. Μίας μονάδας της Airbus με σημαντική εμπειρία στη σχεδίαση, κατασκευή και αξιοποίηση συστημάτων υδρογόνου για διαστημικές κυρίως εφαρμογές (βλ. δορυφόροι, διαστημικοί σταθμοί).

Αυτό που οφείλουμε να επισημάνουμε είναι το γεγονός ότι οι τεχνολογίες αξιοποίησης υδρογόνου για την επίτευξη μηδενικών ρύπων, εξελίσσονται με μεγαλύτερη ταχύτητα από αυτή που αναμενόταν από την πλευρά της Airbus αλλά και πολλών άλλων ευρωπαϊκών εταιρειών που δραστηριοποιούνται κυρίως στο χώρο της αυτοκινητοβιομηχανίας. Γεγονός που μπορεί να αποδοθεί κυρίως στην επαρκή χρηματοδότηση του προγράμματος ZEROe.