Napędy wodorowe w lotnictwie stają się coraz bardziej istotne, ponieważ oferują potencjał do znacznego obniżenia emisji dwutlenku węgla, a także innych szkodliwych substancji. Liczne raporty wskazują, że tradycyjne samoloty, napędzane paliwem lotniczym, są jednymi z największych emitentów CO2 w transporcie. Napędy wodorowe mogą przyczynić się do transformacji tej branży w bardziej zrównoważoną i ekologiczną.
Czytaj też: Ten silnik wodorowy bije wszelkie rekordy. Nadchodzi koniec ery pojazdów spalinowych?
Wodór wydaje się być idealnym paliwem, ponieważ łączy stosunkowo wysoką gęstość energii ze zdolnością do redukcji emisji praktycznie jedynie do wody. Technologie nadprzewodzące oferują samolotom wyjątkową zaletę, wykorzystując ciekły wodór o temperaturze -253oC jako paliwo, a także do wydajnego chłodzenia elektrycznych układów napędowych. Technologia kriogeniczna może umożliwić niemal niezakłóconą transmisję mocy w obrębie układów elektrycznych samolotu, znacznie poprawiając ich efektywność energetyczną i wydajność.
Grzegorz Ombach, starszy wiceprezes Airbusa i szef Disruptive R&T, mówi:
Partnerstwo z Toshibą to wyjątkowa okazja, aby wyjść poza ograniczenia dzisiejszych częściowo nadprzewodzących i konwencjonalnych silników elektrycznych. Dzięki tej współpracy chcemy dostarczyć przełomową technologię, która mogłaby otworzyć nowe możliwości projektowe, w szczególności dla przyszłych samolotów napędzanych wodorem Airbusa. Ta współpraca stanowi naturalny i niezbędny krok w rozwoju technologii silników nadprzewodzących, aby sprostać potrzebom przemysłu lotniczego.
Silnik z materiałów nadprzewodzących do samolotów wodorowych przyszłości
W rozwijanych samolotach napędzanych wodorem pomysł polega na tym, że pierwiastek ten jest wprowadzany do ogniwa paliwowego, które generuje energię elektryczną – albo ładującą akumulatory, albo bezpośrednio napędzającą silnik elektryczny. Nadal jednak istnieje problem z masą, ponieważ silniki elektryczne wystarczająco mocne, aby były praktyczne dla samolotów o konwencjonalnych rozmiarach, są bardzo ciężkie i mają słaby stosunek mocy do masy.
Czytaj też: Tak będzie wyglądał samolot transportowy przyszłości od Boeinga. Ten projekt zwala z nóg
Aby temu zaradzić, zarówno Airbus – poprzez swoją spółkę zależną Airbus UpNext – jak i Toshiba, poprzez swoje ramię energetyczne Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation, badają, jak wykorzystać ciekły wodór do ogniw paliwowych do chłodzenia kriogenicznego nadprzewodzącego silnika elektrycznego przed przejściem do ogniwa paliwowego. Teraz oba podmioty łączą siły, a ich celem jest opracowanie silnika nadprzewodzącego o mocy 2 MW.
Ale gdzie w tym wszystkim nadprzewodnictwo? Kiedy pewne materiały są schładzane poniżej określonej temperatury (np. wodór) zyskują właściwości nadprzewodzące. Ich rezystancja (opór) elektryczna spada prawie do zera, dzięki czemu mogą utrzymywać prąd elektryczny w nieskończoność. Pozwala to na znacznie mocniejsze i wydajniejsze magnesy w sercu urządzeń do tomografii komputerowej, akceleratorów cząstek, niektórych sieci przesyłowych mocy, ale także silników elektrycznych.
Airbus twierdzi, że nadprzewodzący silnik jest ponad 3 razy lżejszy od konwencjonalnego systemu i ma 97 proc. sprawności układu napędowego. Dzięki temu uzyskuje się znacznie większą moc z dużo mniejszej, lżejszej obudowy – co jest oczywiście wielce pożądane w przypadku samolotów komercyjnych.
Podpisana na Japan Aerospace 2024 umowa między obiema firmami połączy technologię z demonstracyjnego projektu Cryoprop firmy Airbus i półwiecznego rozwoju prototypu silnika nadprzewodzącego firmy Toshiba. To może być potężny impuls dla całej branży energetycznej i kamień milowy dla samolotów przyszłości.