Reaktiivmootori mürin on ühenduse, globaalse äri ja progressi heli. Kuid aastakümneid on see heli meie keskkonnale maksma läinud. Lennundustööstus on teelahkmel ja seisab silmitsi tohutu survega dekarboniseerida. Tööstusgaase tootva tehase omanikuna olen mina, Allen, esireas tulevikku määravatele tehnoloogilistele nihketele. Üks põnevamaid on liikumine vesinikul töötava lennunduse poole. See artikkel on mõeldud ärijuhtidele nagu Mark Shen, kes on teravad, otsustavad ja otsivad alati järgmist suurt võimalust. See on sügav sukeldumine maailma vedel vesinik kui an lennundus kütust, jagades keeruka teaduse praktilisteks äriülevaadeteks. Uurime tehnoloogiat, väljakutseid ja seda, miks see üleminek kujutab endast tohutut võimalust tööstusgaasi tarneahelas osalejatele.

Miks otsib lennundustööstus petrooleumile alternatiivset kütust?

Üle poole sajandi on lennundustööstus on tuginenud peaaegu eranditult reaktiivlennukile kütust saadud petrooleumist. See on energiatihe, suhteliselt stabiilne ja oleme selle ümber ehitanud tohutu ülemaailmse infrastruktuuri. Keskkonnamõju on aga vaieldamatu. Lennundus põhjustab praegu umbes 2,5% ülemaailmsetest CO₂ heitkogustest, kuid selle panus kliimamuutustesse on veelgi suurem tänu muudele mõjudele, nagu lämmastikoksiidid (NOx) ja heitkogused. Kuna ülemaailmne surve jätkusuutlikkusele kasvab, hakkavad lennufirmad ja lennukid tootjad teavad, et status quo ei ole enam võimalik.

Nii reguleerivad asutused kui ka tarbijad nõuavad puhtamat lendamise viisi. See on käivitanud võidujooksu elujõulise leidmise nimel alternatiivkütus. Kuigi sellised võimalused nagu säästev lennundus kütust (SAF) pakuvad lühiajalist lahendust olemasoleva süsiniku ringlussevõtuga, kuid need ei kõrvalda heitkoguseid tekkekohas. Lõppeesmärk on heitmevaba lend ja see on koht, kus vesinik tuleb. Üleminek uuele jõuallikale lennukid ei ole ainult keskkonnavajadus; see on tehnoloogiline revolutsioon, mis kujundab ümber kogu kosmoselennundus sektoris. Tarneahela ettevõtete jaoks on selle nihke mõistmine esimene samm selle kasu saamiseks.

See puhta lennu püüdlus nihutab piire kosmosetehnoloogia. Väljakutse on leida a kütust mis võib suurele reklaamile jõudu anda lennukid pikki vahemaid ilma kasvuhoonegaase tekitamata. Elektriakud, kuigi suurepärased autodele ja potentsiaalselt väga väikesed lähilennukid, neil lihtsalt puudub a jaoks vajalik energiatihedus kauglennukid. See on põhiprobleem, mis vesiniku energia on valmis lahendama. Tööstus uurib aktiivselt erinevaid lennuki kontseptsioonid vesiniku jõul, mis annab märku selge suuna lennu tulevikuks.

Mis teeb vedelast vesinikust paljutõotav kütus lennukitele?

Niisiis, milleks see põnevus vesiniku pärast? Vastus peitub selle uskumatus energiasisalduses. Massi järgi, vesinikkütus sellel on peaaegu kolm korda suurem energia kui traditsioonilisel reaktiivlennul kütust. See tähendab an lennukid suudavad teoreetiliselt läbida sama vahemaa oluliselt vähemaga kütust kaal. Kui vesinikku kasutatakse kütuseelemendid, ainsaks kõrvalsaaduseks on vesi, mistõttu on see kasutuskohas tõeliselt nullheitega lahendus. See on mängu muutja lennundus maailmas.

Valik vesiniku säilitamise vahel surugaasina või krüogeense vedelikuna on kriitilise tähtsusega kosmoselennundus insenerid. Kuigi gaasiline vesinik on tavatemperatuuril lihtsam käsitseda, see ei ole väga tihe. Et säilitada piisavalt gaasiline vesinik sisukaks lennuks oleks vaja tohutuid raskeid tanke, mis on ebapraktiline lennukid. Vedel vesinik (LH₂) on seevastu palju tihedam. Jahutades vesinikgaasi uskumatult külmaks -253 °C (-423 °F), muutub see vedelikuks, võimaldades teatud mahus salvestada palju suuremat kogust energiat. See tihedus on see, mis teeb vedel vesinikkütus juhtiv kandidaat tulevase meediumi ja pikema lennumaa lennukid.

Minu kui tarnija vaatenurgast on potentsiaal vedel vesinik on tohutu. Oleme juba kõrge puhtusastmega gaaside tootmise ja käitlemise eksperdid. Väljakutsed vesiniku veeldamine ja ladustamine on olulised, kuid need on inseneriprobleemid, mida lahendavad hiilgavad mõistused sellistes kohtades nagu Saksa lennunduskeskus. The vesiniku eelised— selle kõrge energiasisaldus ja puhas põlemine — kaaluvad raskused palju üles. See võimas kütust on jätkusuutliku pikamaa lennureisi avamise võti.

Kuidas vedelvesinikkütusesüsteem õhusõidukit toidab?

Kujutades ette a vedelvesinikkütuse süsteem kohta an lennukid võib tunduda ulmena, kuid põhikontseptsioonid on üsna sirgjoonelised. Süsteemil on neli põhiosa: salvestusruum tank, kütust jaotusvõrk, aurustusseade ja tõukejõusüsteem. Kõik algab kõrge isolatsiooniga, krüogeensest kütusepaak kus on vedel vesinik säilitatakse temperatuuril -253 °C. Säilitamine a kütust sellel temperatuuril an lennukid on suur inseneritöö, mis nõuab täiustatud materjale ja vaakumiisolatsiooni, et vältida vedeliku ärakeetmist.

Alates vedela vesiniku hoidla tank, krüogeenne kütust pumbatakse läbi isoleeritud torude võrgu. Enne selle kasutamist, vedel vesinik tuleb uuesti gaasiks muuta. See juhtub soojusvahetis, mis soojendab hoolikalt kütust. See vesinikgaas seejärel juhitakse tõukejõusüsteemi. Kogu vesiniku kütusesüsteem peab olema hoolikalt kavandatud, et see oleks kerge, uskumatult ohutu ja töökindel nõudlikes lennutingimustes stardist maandumiseni.

Siin muutuvad tööstusgaaside alased teadmised kriitiliseks. Nende projekteerimine ja valmistamine süsteemid õhusõidukitele nõuavad sügavat arusaamist krüogeenikast ja gaasi käitlemisest. Samad põhimõtted, mida me kasutame lahtiste gaaside ohutuks ladustamiseks ja transportimiseks maapinnal, on kohandatud ainulaadsele keskkonnale. lennukid. Tööstusgaase pakkuvad ettevõtted, nagu meie oma, on selles arengus olulised partnerid, tagades kõrge puhtusastmega gaaside usaldusväärse tarnimise. Vesinik on saadaval nende uskumatute uute toodete uurimiseks, arendamiseks ja lõpuks kasutamiseks lennukid.

Mis vahe on vesiniku põlemisel ja vesinikkütuseelemendi tõukejõul?

Kui inimesed räägivad vesinikkütusel töötavad lennukid, viitavad need tavaliselt ühele kahest peamisest tehnoloogiast: otse vesiniku põletamine või vesinikkütuseelemendid. Mõlemad kasutada vesinikku kui esmane kütust, kuid nad muudavad selle energia tõukejõuks väga erineval viisil. On oluline, et kõik selle valdkonna esindajad mõistaksid erinevust.

Vesiniku põlemine on pigem evolutsiooniline samm. See hõlmab praeguste reaktiivmootorite kohandamist põlemiseks vesinikkütus petrooleumi asemel. Peamine eelis on see, et see kasutab olemasolevat mootoritehnoloogiat, mis võib arengut kiirendada. Kuigi vesiniku põletamine kõrvaldab CO₂ heitkogused, võib see kõrgel temperatuuril siiski tekitada lämmastikoksiide (NOx), mis on samuti kahjulikud saasteained. The Saksa lennundus Center (DLR) uurib aktiivselt võimalusi NOx moodustumise minimeerimiseks nendes mootorites. Seda lähenemist kaalutakse mõlema puhul lähilennukid ja suuremad lennukid.

Vesinik kütuseelement tehnoloogia seevastu on revolutsiooniline samm. Aastal a kütuseelemendi süsteem, õhust saadav vesinik ja hapnik ühendatakse elektrokeemilise reaktsiooni käigus elektri tootmiseks, kusjuures ainsad kõrvalsaadused on vesi ja soojus. See elekter toidab seejärel elektrimootoreid, mis keeravad propellereid või ventilaatoreid. See kütuseelemendi tõukesüsteem on täielikult CO₂ ja NOx vaba. Tehnoloogia on vaiksem ja potentsiaalselt tõhusam kui põlemine. Paljud eksperdid usuvad seda kütuseelementidel töötavad lennukid on tõeliselt puhtuse lõppeesmärk lennundus.

Siin on lihtne jaotus:

Mõlemat teed uurivad sellised hiiglased nagu Airbus, kelle eesmärk on tuua vesinik lennukid aastaks 2035. Edasijõudnute areng kütuseelementide tehnoloogiad on kogu peamine fookusvaldkond kosmosetööstus.

Millised on peamised takistused vesiniku kasutamisel lennunduses kütusena?

Tee juurde vesinikkütusel töötav lennundus on põnev, kuid see pole ka väljakutseteta. Oma kogemusest gaasitööstuses tean, et eelkõige vesiniku käitlemine vedel vesinik, nõuab täpsust ja sügavat austust ohutuse vastu. jaoks kosmoselennundus sektoris, need väljakutsed suurenevad. Esimene ja kõige olulisem takistus on ladustamine. Vesinik nõuab palju ruumi, isegi tiheda vedelikuna. A vedela vesiniku paak kohta an lennukid peab olema umbes neli korda suurem kui petrooleum kütusepaak hoides sama palju energiat.

See suurusenõue loob doominoefekti lennuki disain. Neid suuri, silindrilisi või konformseid paake on raske integreerida tänapäevase "toru ja tiiva" kujuga. lennukid. Lisaks sellele on krüogeenne temperatuur vedel vesinik nõuab "paak-paagis" kujundust, mida tuntakse Dewarina ja mille isolatsiooniks on vaakumkiht. Need vesinikupaak süsteemid on keerulised ja lisavad kaalu, mis on alati vaenlane lennukid tõhusust. Nende krüogeensete seadmete pikaajalise töökindluse ja ohutuse tagamine kütust süsteemid miljonite lennutsüklite jooksul on teadlaste jaoks esmatähtis.

Peale lennukid ise on globaalse loomise väljakutse vesiniku infrastruktuuri. Lennujaamad tuleb tohutute koguste ohutuks ladustamiseks ja ülekandmiseks täielikult ümber kujundada vedel vesinik. See hõlmab uute tankimistehnoloogiate, lekketuvastussüsteemide ja ohutusprotokollide väljatöötamist. Peame ka suurendama vesiniku tootmine dramaatiliselt, tagades, et see on "roheline" vesinik, mis on toodetud taastuvenergia abil. Klientidega rääkides tean, et logistika on suur murekoht. Sellise ettevõtte omaniku jaoks nagu Mark, on ettevõtte usaldusväärsus vesiniku jaotus võrk tootmistehasest lennujaamani on sama oluline kui gaasi enda kvaliteet.

Kuidas areneb õhusõidukite disain, et see sobiks vesinikkütusesüsteemidega?

Unikaalsed omadused vedel vesinikkütus tähendab, et lennukid homne päev võib tänasest väga erinev välja näha. Suuremahuliste krüogeensete kütusepaakide integreerimine on uue juhtimise keskne väljakutse lennuki disain mõisted. Insenerid ei saa lihtsalt tiibades olevat petrooleumi asendada vesinikuga; füüsika seda ei luba. Tiivad ei ole piisavalt paksud, et mahutada suuri isoleeritud silindrilisi paake.

See on toonud kaasa mitmeid uuendusi lennuki kontseptsioonid. Üks populaarne idee on paigutada kaks suurt vesinik tankid tagumises kere lennukid, reisijatekabiini taga. See säilitab suhteliselt tavapärase aerodünaamilise kuju, kuid vähendab ruumi reisijatele või lastile. Teine futuristlik kontseptsioon on "Blended Wing Body" (BWB), kus kere ja tiivad on integreeritud üheks laiaks struktuuriks. See kuju pakub palju suuremat sisemist mahtu, mistõttu on see ideaalne suurtele eluruumidele vedela vesiniku paak süsteemid reisijateruumi kahjustamata. See disain võib pakkuda ka olulisi aerodünaamilisi eeliseid.

Käiturisüsteem mõjutab ka lennukid's disain. An lennuki jõul poolt vesiniku põletamine võivad olla tänapäevastele sarnased mootorid, kuid need on suuremad ja põletamiseks optimeeritud vesinikkütus. An kütuseelementidel töötavad lennukid, disain võiks olla radikaalsem. Suurema tõhususe tagamiseks võib tiibadele jaotada mitu väiksemat elektriventilaatorit, mida nimetatakse hajutatud tõukejõuks. See on põnev aeg kosmosetehnoloogia, kus on vaja uut kütust avab uue loomingulise ja tõhusa ajastu lennukid disain. Iga uus lennukitehnoloogia viib meid jätkusuutlikkuse eesmärgile lähemale lennundus.

Millised lennunduse pioneerid muudavad vesiniklennuki reaalsuseks?

The üleminek vesinikule ei ole ainult teoreetiline harjutus; peamised tegijad kosmosetööstus investeerivad selle elluviimiseks miljardeid. Airbus on olnud häälekas liider, avalikustades oma ZEROe kontseptsioonid ambitsioonika eesmärgiga käivitada esimene nullheitega reklaam lennukid aastaks 2035. Nad uurivad mõlemat vesiniku põletamine ja kütuseelement teed erinevatele lennukid suurused. Nende pühendumus on saatnud kogu tarneahelale võimsa signaali, et vesinikurevolutsioon on tulekul.

Ühendkuningriigis on Lennundustehnoloogia instituut (ATI) rahastab arvukalt projekte, sealhulgas a demonstratsioonlennuk. Üks põnevamaid projekte juhib Cranfieldi lennunduslahendused, mis töötab väikese 9-kohalise Britten-Norman Islanderi ümberehitamiseks piirkondlikud lennukid a peale jooksma vesinikkütuseelement süsteem. See projekt, mis hõlmab praktilist lennukatse, on vesiniku jaoks reaalse kogemuse ja regulatiivse heakskiidu saamiseks ülioluline süsteemid õhusõidukitele. Need väiksemamahulised projektid on olulised sammud sertifitseerimise poole vesiniku jõul suurematele reisilennuk.

Ka teised ettevõtted teevad olulisi edusamme. ZeroAvia on juba teinud väikese katselende lennuki jõul poolt a vesinikkütuseelement süsteem. Minu töövaldkonnas näeme nende teadus- ja arendustegevuse jaoks sagenenud päringuid kõrge puhtusastmega gaaside kohta. Alates kergete komposiitpaakide tootmisel kasutatavatest spetsiaalsetest gaasidest kuni Argoon vajalik täiustatud sulamite keevitamiseks lennukimootorid, kogu ökosüsteem valmistub. Nende uuenduslike koostöö kosmoselennundus ettevõtetele ja tööstusgaasisektorile on edu saavutamiseks hädavajalik üleminek vesinikule.

Kui kriitiline on gaasi puhtus vesinikkütuseelementide tehnoloogiate jaoks?

See on küsimus, mis mõjutab otseselt minu ettevõtet ja minu klientide ettevõtteid. Sest vesiniku põletamine mootorid, puhtus vesinikkütus on oluline, kuid selleks vesinikkütuseelemendi tehnoloogia, see on täiesti kriitiline. A kütuseelementide virn on väga tundlik seade. See toimib, suunates vesinikku üle plaatina katalüsaatori, mis on saastumise suhtes väga vastuvõtlik.

Nii väikesed lisandid kui mõni miljondikosa – näiteks väävel, ammoniaak või süsinikmonooksiid – võivad katalüsaatorit mürgitada. See protsess, mida nimetatakse katalüsaatori lagunemiseks, vähendab püsivalt kütuseelemendid jõudlus ja eluiga. An lennukid, kus usaldusväärsus on ülitähtis, ei saa kasutada midagi vähemat kui ülikõrge puhtusastmega vesinik. Seetõttu määravad rahvusvahelised standardid, nagu ISO 14687, ranged puhtustasemed vesinikkütus. Nende standardite järgimine nõuab täiustatud tootmis- ja puhastustehnikaid.

Siin saab peamiseks müügiargumendiks tarnija asjatundlikkus. Rõhutan alati oma partneritele, et kvaliteedikontroll ei ole lihtsalt kast, mida kontrollida; see on meie äri alus. Kõigile, kes soovivad varustada tulevikku vesiniku lennundus turul, oma toote puhtuse tagamine ja tõendamine ei ole läbiräägitav. See kehtib eriti an vedeliku jõul töötav elektriline lennuk vesinik kütuseelemendid, kus kogu lennuki tõukejõud süsteem sõltub selle kvaliteedist kütust. Mitme tootmisliiniga tehasena on meil iga partii tagamiseks spetsiaalsed protsessid Suure puhtusastmega erigaasid vastab või ületab neid rahvusvahelisi standardeid, tagades usaldusväärsuse kosmoselennundus sektori nõudmistele.

Millist vesiniku infrastruktuuri on vaja ülemaailmse laevastiku toetamiseks?

An lennukid on vaid üks osa võrrandist. Sest vesinikkütusel töötav lennundus saada reaalsuseks, massiliseks, ülemaailmseks vesiniku infrastruktuuri tuleb ehitada. See on väljakutse ülemaailmse lennujaamavõrgu esialgse ehituse mastaabis. Lennujaamad peavad muutuma energiakeskusteks, mis suudavad toota või vastu võtta, säilitada ja jaotada tohutuid koguseid vedel vesinik.

See hõlmab suuremahulist ehitamist vesiniku veeldamine taimed kas lennujaamas või selle läheduses. Krüogeenne vesinik ladustatakse seejärel kohapeal massiivsetes, tugevalt isoleeritud mahutites. Sealt edasi oleks iga teeninduse jaoks vaja uue põlvkonna tankimisautosid või hüdrantide süsteeme, mis on spetsiaalselt loodud krüogeensete vedelike jaoks. lennukid. Ohutus on prioriteet number üks. Kogu infrastruktuur alates vesiniku tootmine seade düüsi külge, mis ühendatakse lennuki süsteem, peavad selle võimsa käsitsemiseks olema konstrueeritud üleliigsete turvafunktsioonidega kütust.

Logistiline väljakutse on tohutu, kuid see kujutab endast ka tohutut ärivõimalust. See nõuab investeeringuid torujuhtmetesse, krüogeensetesse transpordilaevadesse ja laohoonetesse. Ettevõtted, mis on spetsialiseerunud krüogeensetele seadmetele, nagu tootjad madala temperatuuriga isoleeritud gaasiballoonid, on suur nõudlus. Hankeametnike, nagu Mark, jaoks tähendab see suhete loomist tarnijatega, kes mõistavad mõlema keerukust vedel ja gaasiline vesinik. Koha kindlustamine selles tulevases tarneahelas tähendab mõtlemist kogu ökosüsteemile, mitte ainult sellele kütust ise.

Kas olete valmis vesinikule üleminekuks lennundussektoris?

The üleminek vesinikule aastal lennundus Sektor ei ole enam küsimus "kui", vaid "millal". Hoog koguneb keskkonnavajaduste, regulatiivse surve ja tehnoloogiliste uuenduste tõttu. Ettevõtlusjuhtide jaoks on see võimaluse hetk. Nihe loob uusi turge ja nõuab uusi teadmisi. Ettevõtted, mis suudavad usaldusväärselt kõrge puhtusastmega tarnida vesinik, pakkuda logistilisi lahendusi ja mõista ettevõtte rangeid kvaliteedinõudeid kosmoselennundus sektor õitseb.

Aastaid tööstusgaasiäris veetnud inimesena olen näinud, kuidas uued tehnoloogiad loovad uusi liidreid. Edukaks osutuvad need ettevõtted, kes näevad muutusi ette ja valmistuvad selleks. Alustage enda ja oma meeskonna harimisest vesinikutehnoloogiad. Mõistke erinevust kütuseelemendid ja põlemine ning puhtuse kriitiline roll. Alustage oma tarneahela partnerite hindamist. Kas neil on teenuse teenindamiseks vajalikud tehnilised teadmised ja kvaliteedisertifikaadid kosmoselennundus turul? Kas nad saavad hakkama sellise toote tarnimise logistikaga nagu vedel vesinik?

See on pikaajaline näidend. Esimene vedelal vesinikul töötavad lennud kaubanduslikus mastaabis on veel umbes kümne aasta kaugusel. Aga vundamenti pannakse täna. Teostatakse uuringuid, ehitatakse prototüüpe ja moodustatakse tarneahelaid. Nüüd on aeg esitada õigeid küsimusi ja seada oma ettevõte osaks puhtast lennundus revolutsioon. Lennu tulevik on õhku tõusmas ja nii see ka saab toiteallikaks vesinik.

Võtmed kaasavõtmiseks

• Kiireloomuline vajadus: The lennundustööstus otsib aktiivselt reaktiivlennukile heitmevaba alternatiivi kütust, koos vedel vesinik tõusmas juhtivaks kandidaadiks keskmise ja pika ulatusega lennukid.
• Kaks teed võimu juurde: Vesinikajam kasutab peamiselt kahte meetodit: otsest vesiniku põletamine modifitseeritud reaktiivmootorites ja väga tõhusad vesinikkütuseelemendid mis toodavad elektrit.
• Hoiustamine on peamine väljakutse: Suurim tehniline takistus on mahukate, krüogeensete ainete ladustamine vedel vesinik kohta an lennukid, mis nõuab suuri, tugevalt isoleeritud kütusepaake ja toob kaasa uued lennuki disain.
• Puhtus on esmatähtis: Sest vesinikkütuseelement süsteemides, ülikõrge puhtusastmega vesinik ei ole lihtsalt eelistus – see on nõue, et vältida tundlike katalüsaatorite kahjustamist.
• Infrastruktuur on võtmetähtsusega: Edukas üleminek nõuab tohutu ülemaailmse infrastruktuuri loomist vesiniku tootmine, vedeldamine, ladustamine ja tankimine lennujaamades.
• Ärivõimalus: Üleminek vesiniku lennundus loob tohutuid võimalusi ettevõtetele kogu tööstusgaasi tarneahelas alates tootmisest kuni logistika ja seadmete valmistamiseni.