מימן נוזלי דורש נפח מיכל גדול יותר מהנפט התעופתי של ימינו אך הוא בו בזמן קל יותר ומכיל יותר אנרגיה לכל קילוגרם דלק. קרדיט: אוניברסיטת קרנפילד
עד שנת 2045, כמעט כל הטיסות לטווח קצר יכולות להיות מונעות מימן, עם התקדמות משמעותית בטכנולוגיית יעילות וטווח נסיעה. שוודיה עשויה להתחיל בטיסות מימן עד 2028, במטרה לאימוץ עולמי גדול עד 2050.
טיסה מונעת מימן תציע הזדמנויות חדשות לנסיעות ללא מאובנים, וההתקדמות הטכנולוגית בתחום נעה במהירות. מחקרים חדשים מ אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשוודיה מציינים שעד 2045, כמעט כל נסיעות אוויריות ברדיוס של 750 מייל יכולות להתבצע באמצעות מטוסים המונעים במימן. בנוסף, עם מחליף חום חדשני שנמצא כעת בפיתוח, טווח זה יכול להיות אפילו רחוק יותר.
"אם הכל יסתדר, המסחור של טיסת מימן יכול לעבור ממש מהר עכשיו. כבר בשנת 2028, טיסות המימן המסחריות הראשונות בשבדיה יכולות להיות באוויר", אומר תומס גרונשטדט, פרופסור באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה, ומנהל מרכז היכולות TechForH2* בצ'אלמרס.
ניתן לראות את ההתקדמות הטכנולוגית הללו בתוך מנהרות הרוח של צ'אלמרס, שם חוקרים בודקים את תנאי זרימת האוויר במתקנים חדישים. כאן מפתחים מנועים חסכוניים יותר באנרגיה שסוללים את הדרך לטיסת מימן בטוחה ויעילה לכלי רכב כבדים.
מחליף חום עם מחמם גז פליטה שפותח על פי הקונספט החדש. קרדיט: GKN Aerospace
הפוטנציאל של תעופה מונעת מימן
טיסות מונעות מימן לטווח קצר ובינוני הן הקרובות ביותר למימוש. מחקר שפורסם לאחרונה מ-Chalmers מראה שלטיסות המונעות במימן יש פוטנציאל לענות על הצרכים של 97 אחוז מכל נתיבי הטיסות הפנים-נורדיות ו-58 אחוז מכמות הנוסעים הנורדית עד 2045.
למחקר זה הניחו החוקרים מרחק טיסה מרבי של 750 מיילים ושימוש בדגם מטוס קיים המותאם לכוח מימן. המחקר, בהובלת הדוקטורנט כריסטיאן סוונסון בקבוצת המחקר של גרונשטדט, הציג גם מיכל דלק חדש שיכול להכיל מספיק דלק, היה מבודד מספיק כדי להחזיק את המימן הנוזלי הסופר-קר, ובמקביל היה קל יותר מאשר המבוסס על מאובנים של היום. מערכות מיכלי דלק.
Tomas Grönstedt, פרופסור באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה, שוודיה, ומנהל מרכז היכולות TechForH2. קרדיט: אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה | מיה האלרוד פלגרן
טיסת מימן ומימן:
- מימן, H2, הוא גז בלתי נראה, נטול ריח, נדיף שמתנזל בכ-250 מעלות צֶלסִיוּס (20 קלווין).
- אם המימן מיוצר באמצעות אנרגיה מתחדשת, הוא נקי מפליטת פחמן דו חמצני. זה ידוע בשם 'מימן ירוק'.
- טיסות מימן יכולות להיות מופעלות או חשמלית, באמצעות תאי דלק הממירים את המימן לחשמל באמצעות קטליזה, או באמצעות מנועי סילון, שבהם שורפים את המימן בטורבינת גז.
- מימן מכיל יותר אנרגיה לקילוגרם מהנפט של היום ויש לו גם יתרון שהתוצר השיורי של הבעירה הוא בעיקר אדי מים.
- הגז דליק מאוד אם הוא מעורבב באוויר, ולכן יש צורך בחיישנים בעלי יעילות גבוהה.
- בתעשייה, מימן משמש כיום בייצור, למשל, פלדה נטולת מאובנים.
פיתוח מחליף חום חדשני
מחליפי חום הם חלק חיוני מתעופה מימן, והם חלק מרכזי בהתקדמות הטכנולוגית המתרחשת. כדי לשמור על מערכות הדלק קלות משקל, המימן צריך להיות בצורה נוזלית. המשמעות היא שהמימן נשמר סופר קריר במטוס, בדרך כלל בסביבות -250 מעלות צלזיוס. על ידי שחזור חום מהמפלטים החמים של מנועי הסילון, ועל ידי קירור המנועים במקומות אסטרטגיים הם הופכים יעילים יותר. כדי להעביר את החום בין המימן הסופר-קריר למנוע, יש צורך בסוגים חדשים של מחליפי חום.
כדי לעמוד באתגר זה, חוקרים בחברת Chalmers פועלים כבר כמה שנים לפיתוח סוג חדש לחלוטין של מחליף חום. הטכנולוגיה, שכעת ממתינה לפטנט על ידי השותף GKN Aerospace, מנצלת את טמפרטורת האחסון הנמוכה של המימן לקירור חלקי המנוע ולאחר מכן משתמשת בחום הפסולת מגזי הפליטה כדי לחמם מראש את הדלק כמה מאות מעלות לפני שהוא מוזרק לתא הבעירה.
קרלוס שיסטו, פרופסור חבר, החטיבה למכניקת נוזלים, המחלקה למכניקה ומדעי הים, אוניברסיטת צ'למרס לטכנולוגיה. קרדיט: Soren Håkanlind
"כל עלייה בטמפרטורה מפחיתה את צריכת הדלק ומגדילה את הטווח. הצלחנו להראות שמטוסים לטווח קצר ובינוני המצויד במחליף החום החדש יכולים להפחית את צריכת הדלק שלהם בכמעט שמונה אחוזים. בהתחשב בכך שמנוע מטוס הוא טכנולוגיה בוגרת ומבוססת, זוהי תוצאה טובה מאוד ממרכיב בודד", אומר קרלוס קסיסטו, פרופסור חבר בחטיבה למכניקת נוזלים בצ'אלמרס, ואחד ממחברי המחקר.
החוקרים מציינים גם שעם יותר אופטימיזציה, טכנולוגיית מחליף חום מסוג זה במטוס מסחרי רגיל של איירבוס A320 יכולה לספק טווח משופר של עד עשרה אחוזים, או שווה ערך לנתיב גטבורג-ברלין (כ-450 מיילים).
Tomas Grönstedt, פרופסור באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה, שוודיה, ומנהל מרכז היכולות TechForH2. קרדיט: אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה | אנה-לנה לונדקוויסט
מאמצים משותפים ותחזית תעשייתית
העבודה לפיתוח פתרונות לתעופה מימן של העתיד מתרחשת בחזית רחבה, כאשר ממשלות, אוניברסיטאות וחברות פרטיות פועלות יחד. בשוודיה, אשכול החדשנות, Swedish Hydrogen Development Center (SHDC), מפגיש שחקנים מרכזיים, כולל מובילי תעשייה ומומחים מהאקדמיה. בסמינר שנערך לאחרונה ב-SHDC הציגו חוקרים מצ'למרס את עבודתם וכמה חברות מסחריות העידו על השקעות גדולות בטיסות מימן בשנים הקרובות. בעוד שהטכנולוגיה מתקדמת היטב, האתגרים טמונים דווקא בהשקעות הגדולות הנדרשות, ובפיתוח תשתיות, מודלים עסקיים ושותפויות כדי להיות מסוגלים לייצר, לשנע ולאחסן את המימן כך שהמעבר לטיסת מימן אפשרי. מעבר כולל צפוי לדרוש כ-100 מיליון טונות של מימן ירוק מדי שנה.
"ישנן ציפיות בתעשייה ש-30-40 אחוז מהתעופה העולמית תופעל על ידי מימן עד שנת 2050. סביר להניח שבמשך מספר שנים קדימה, נזדקק לשילוב של מטוסים הפועלים על חשמל, פחות מזיק לסביבה. דלק סילוני ומימן. אבל כל מטוס שניתן להניע על ידי מימן מאנרגיה מתחדשת מפחית את פליטת הפחמן הדו-חמצני", אומר גרונשטדט.
בתוך TechForH2, ישנם תנאים טובים להתמודד עם אתגר המימן, ועם תקציב של 162 מיליון SEK (שווה ערך ל-15.5 מיליון דולר), מרכז היכולות יכול לתרום לפיתוח של מספר תחומי מחקר שונים המקשרים בין מימן לתחבורה כבדה. .
מימון: סוכנות האנרגיה השוודית, תוכנית המסגרת של Horizon 2020, מועצת המחקר השוודית
