Wodór w lotnictwie

Drugie, co do wielkości największe linie na świecie, amerykańskie Delta Air Lines, podpisały z producentem samolotów, europejskim konsorcjum Airbus, wstępne porozumienie dotyczące budowy samolotu, który zamiast kerozyny, a nawet zrównoważonego paliwa lotniczego (SAF) używałby napędu wodorowego. Ta współpraca odbywa się w ramach akcji Flight to Net Zero i ma na celu zbudowanie samolotu napędzanego wodorem. Airbus planuje wyprodukowanie pierwszej takiej maszyny nie później niż w 2030 roku. Delta, która w swojej flocie ma dzisiaj 368 Airbusów, jest natomiast pierwszym amerykańskim przewoźnikiem, który przystąpił do tej inicjatywy. Wcześniej akces zgłosiły skandynawski SAS, brytyjski easyJet oraz nowozelandzkie linie Air New Zealand.

W 2020 roku Airbus ujawnił trzy samoloty koncepcyjne – ZEROe – wykorzystujące technologię wodorową: wąskokadłubowy samolot turbowentylatorowy, 100-miejscowy samolot turbośmigłowy i specjalną konstrukcję skrzydeł mieszanych.

Airbus od 2020 roku realizuje program ZEROe dla wdrożenia paliwa wodorowego w samolotach do 2030 roku. Producent podpisał w lutym 2022 porozumienie o współpracy z GE i Safran Engine Aircraft dla spalania wodoru bezpośrednio w silniku. Pierwsze testy powietrzne silnika wodorowego GE mają się odbyć jeszcze w tym roku na pokładzie zmodyfikowanego Airbus A380.

Silnik odrzutowy na wodór na początku zostanie kompleksowo przetestowany przez start-up CFM (stworzony przez General Electric i Safran Engine Aircraft). Za bazę do testów zasilania wodorem posłuży silnik GE Passport. Dzięki odpowiednio dużej mocy i rozmiarom możliwe są modyfikacje w zakresie komory spalania, dystrybucji paliwa i sterowania. W drugiej fazie silnik wodorowy trafi na pokład testowego Airbus A380. Na ścianie górnego pokładu samolot otrzyma dodatkowy wysięgnik, gdzie znajdzie się silnik GE na wodór. Wodór będzie przechowywany w postaci ciekłej – LH2. W tym celu na tyle górnego pokładu zamontowany zostanie zestaw zbiorników kriogenicznych dla magazynowania płynnego wodoru. W czasie oblotów będą sprawdzane m.in. emisja z zasilania wodorem czy smugi kondensacyjne.

Samoloty na wodór to kolejny krok w rozwoju napędu statków powietrznych Airbus. Ten europejski producent powołał w 2020 roku inicjatywę ZEROe dla budowy bezemisyjnych samolotów w perspektywie 2035 roku. Zaprezentowane 3 prototypy samolotów wodorowych miałaby zaspokoić potrzeby różnych linii lotniczych. Decydując się na pierwsze testy silników na wodór Airbus chce dokonać skoku technologicznego w zakresie silników do maszyn powietrznych nieemitujących gazów cieplarnianych.

Airbus ZEROe to samolot zasilany wodorem do testowania technologii ogniw paliwowych. Jednostka zwraca uwagę aż 6 gondolami ze śmigłami pędnymi. Każda gondola stanowi niezależne źródło napędu – to kompletne ogniwo paliwowe z silnikiem elektrycznym i układem sterowania oraz chłodzenia. Airbus planuje magazynować ciekły wodór z tyłu kadłuba. Finalny projekt samolotu gotowego do produkcji ma być ustalony w 2025 roku.

Samoloty z ogniwem wodorowym to jeden z pomysłów Airbus na bezemisyjne lotnictwo. Producent we wrześniu 2020 zaprezentował nową linię samolotów ZEROe. Oprócz koncepcyjnego „latającego skrzydła” (BWB – Blended Wing Body), pokazano klasyczne samoloty z napędem turbośmigłowym (Turbopop) i z silnikami odrzutowymi (Turbofan). Koncern ogłosił wówczas, że kluczową technologią dla spełnienia wymogów klimatycznych będą ogniwa wodorowe. Pierwsze projekty gotowe do testów mają być gotowe w 2025 roku, zaś komercyjna oferta samolotów na ciekły wodór ma być dostępna w 2035 roku.

Samolot wodorowy z grudnia 2020 roku zaskakuje zastosowanym układem silników. Na skrzydłach pojawiło się, bowiem aż 6 jednostek turbośmigłowych. Każda gondola to niezależne źródło napędu, gdzie znajduje się ogniwo paliwowe wraz z chłodzeniem, sterowanie, silnik elektryczny i śmigło składające się z 8 łopat. Tak nietypowa konstrukcja ma pozwolić Airbus na testowanie różnych konfiguracji i obciążeń samolotu. Co ważne, każdą gondolę można szybko zdemontować i wymienić na inną. Airbus zakłada, że 2 gondole powinny być wystarczające do transportu 20 osób. Zwiększenie liczby pasażerów będzie się wiązało z większą liczbą silników lub zwiększeniem ich mocy.

Wodór do zasilania samolotów pojawiał się głównie w agendzie Airbus. Do grona firm rozwijających wodór jako paliwo lotnicze dołącza start-up ZeroAvia. Trwają obecnie intensywne testy samolotu wodorowego Dornier 228 mogącego zabrać 19 osób. Komercjalizacja ma nastąpić w 2024 roku. Samolot wodorowy klasy Boeing 737 ma wejść do produkcji w 2035 roku.

Dornier 228 na wodór ma być wyposażony w silniki elektryczne o mocy 600 kW. Projekt realizowany jako HyFlyer II będzie mógł zabrać 19 pasażerów o realizować komercyjne trasy w Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Wcześniejszy prototyp HyFlyer I miał moc silników 250 kW i mógł zabrać 6 pasażerów. HyFlyer II posiada zbiorniki wodorowe o pojemności 100 kg. Taki zapas sprężonego wodoru pozwoli na pokonanie 500 mil morskich (900 kilometrów). Po okresie testów firma dokona pełnej certyfikacji 5 tonowego samolotu, a samolot wejdzie do sprzedaży w 2024 roku.

Samoloty na wodór od ZeroAvia mają w 2026 roku zabierać już 50 pasażerów. Firma poinformowała, że w czerwcu 2021 pozyskała 13 mln dolarów na rozwój napędu wodorowego w samolotach powyżej 50 pasażerów. Wśród fundatorów są m.in. Alumni Ventures, SGH Capitals; Agartha LP. Wśród stałych inwestorów są m.in. Amazon’s Climate Pledge Fund, Breakthrough Energy Ventures, Summa Equity, Shell Ventures, SYSTEMIQ i Horizons Ventures. Łącznie firma zgromadziła 37 mln USD na rozwój samolotów wodorowych o pojemności 50 pasażerów. Dzięki dodatkowemu finansowaniu firma zwiększy zatrudnienie z obecnych 50 do 100 specjalistów. Będą oni pracować w dwóch zakładach położonych w Wielkiej Brytanii i USA. Zakład w Kemble w Wielkiej Brytanii ma zająć się produkcją silników elektrycznych o mocy 300 kW i integracji zasilania wodorem w jednostkach latających.

Naukowcy Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, jako pierwsi stworzyli prototyp motoszybowca napędzanego ogniwami wodorowymi. Po przejściu pierwszych testów maszynę czeka rok lotów próbnych. Naukowcy z Wydziału Energetyki i Paliw AGH skonstruowali generator energii z ogniwami zasilanymi wodorem. Jest on połączony z pakietem baterii elektrochemicznych. Cały układ ma moc 10 kW, co wystarczy od utrzymania maszyny w locie poziomym. W zależności od wysokości ciśnienia, lot może trwać od 25 minut – przy 200 ba – do godziny przy 300 ba. Generator wyposażono w układ chłodzenia powietrznego, instalację zasilania wodoru i pomocnicze układy kontrolno-pomiarowe. Motoszybowiec na wodór pozyskuje energię elektryczną z ogniwa paliwowego o mocy 10 kW. Zapas wodoru na pokładzie statku wynosi 24 litry o ciśnieniu 300 bar. Dodatkowo motoszybowiec wyposażono w akumulatory o pojemności 30 kW. Łączny zapas energii pozwala na 60 minut pracy układów pokładowych.

Zespół z Akademii stworzył również metodykę uruchamiania w jednostce napędowej, procedury bezpiecznego tankowania wodorem oraz użytkowania generatora.

Projekt został zrealizowany w konsorcjum naukowo-przemysłowym, którego liderem jest Politechnika Rzeszowska a konsorcjantami Politechnika Warszawska, Akademia Górniczo-Hutnicza oraz Zakład Szybowcowy Jeżów. Motoszybowiec zasilany wodorem pomyślnie przeszedł próbę konstruktorską na pasie startowym lotniska Ośrodka Kształcenia Lotniczego w Jasionce koło Rzeszowa. W planach na najbliższy rok jest próbny lot motoszybowcem.

Polska ma szansę na stworzenie tysięcy miejsc pracy w przemyśle lotniczym. Wszystko dzięki transformacji energetycznej i przetargom, które mogą przyciągnąć nowych inwestorów. Duże możliwości daje zainteresowanie się Polską europejskiego koncernu Airbus. Dzięki nowym inwestycjom nasz kraj może wskoczyć do pierwszej dziesiątki światowych potęg lotniczych.

Dużą szansą na dalszy rozwój sektora są projekty wodorowe. Ocenia się, że m.in. dzięki nim w Polsce zakłady może uruchomić Airbus. Europejski koncern jest już właścicielem zakładów PZL Warszawa-Okęcie.

Polska raczej nie stanie się taką potęgą lotniczą, jak Stany Zjednoczone, Francja czy Wielka Brytania, jednak ma szansę na znaczny rozwój w tym przemyśle. Za kilka lat możemy zrównać się chociażby z Hiszpanią, która należy do współudziałowców Airbus Group. Powinno to pozwolić nam na znalezienie się w czołowej światowej dziesiątce w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat.

Co ciekawe, małe i średnie firmy lotnicze z Europy Zachodniej chcą przenieść swoje siedziby i swoje miejsca pracy do Polski, dlatego że w Polsce po pierwsze jest wyższy etos pracy, po drugie ustawodawstwo paradoksalnie okazuje się być bardziej korzystne dla przedsiębiorców. We Francji, Włoszech czy w innych krajach jest tak sztywne ustawodawstwo w zakresie prawa pracy, że przedsiębiorcy po prostu nie chcą tam więcej inwestować.

Polska musi też coraz bardziej stawiać nie tylko na produkcję, lecz także na tworzenie własnych konstrukcji i prace badawczo-rozwojowe, tak by odtworzyć polski przemysł lotniczy i sięgnąć do historii, bowiem Polska była kiedyś czwartą potęgą lotniczą na świecie. Wodór może nam w tym pomóc.