Öskrandi þotuhreyfils er hljóð sambands, alþjóðlegra viðskipta, framfara. En í áratugi hefur þetta hljóð kostað umhverfið okkar. Flugiðnaðurinn stendur á tímamótum og stendur frammi fyrir gífurlegum þrýstingi til að losa sig við kolefni. Sem eigandi verksmiðju sem framleiðir iðnaðarlofttegundir, á ég, Allen, sæti í fremstu röð fyrir tæknibreytingarnar sem munu marka framtíðina. Eitt af því sem er mest spennandi er skrefið í átt að vetnisknúnu flugi. Þessi grein er fyrir viðskiptaleiðtoga eins og Mark Shen, sem eru skarpir, ákveðnir og eru alltaf að leita að næsta stóra tækifæri. Það er djúpt kafa inn í heiminn fljótandi vetni sem an flug eldsneyti, brjóta niður flókin vísindi í hagnýta viðskiptainnsýn. Við munum kanna tæknina, áskoranirnar og hvers vegna þessi umskipti fela í sér gríðarlegt tækifæri fyrir þá sem eru í iðnaðargasbirgðakeðjunni.

Af hverju er flugiðnaðurinn að leita að öðru eldsneyti en steinolíu?

Í meira en hálfa öld hefur flugiðnaði hefur nánast eingöngu stuðst við þotu eldsneyti unnið úr steinolíu. Það er orkuþétt, tiltölulega stöðugt og við höfum byggt upp gríðarlega alþjóðlegan innviði í kringum það. Umhverfisáhrifin eru hins vegar óumdeilanleg. Flug stendur nú fyrir um 2,5% af losun koltvísýrings á heimsvísu, en framlag þess til loftslagsbreytinga er enn meira vegna annarra áhrifa eins og köfnunarefnisoxíða (NOx) og samdráttarefna. Þegar alþjóðlegur þrýstingur eykst fyrir sjálfbærni, flugfélög og flugvélar framleiðendur vita að óbreytt ástand er ekki lengur valkostur.

Eftirlitsstofnanir og neytendur krefjast hreinni leiðar til að fljúga. Þetta hefur komið af stað kapphlaupi um að finna raunhæfan annað eldsneyti. Þó valkostir eins og sjálfbært flug eldsneyti (SAF) bjóða upp á skammtímalausn með því að endurvinna núverandi kolefni, þeir útiloka ekki losun við upptökin. Lokamarkmiðið er núlllosunarflug og þar kemur vetnið inn í. Umskipti yfir í nýjan aflgjafa fyrir flugvélar er ekki bara umhverfisnauðsyn; þetta er tæknibylting sem mun endurmóta heildina loftrými geira. Fyrir fyrirtæki í aðfangakeðjunni er skilningur á þessari breytingu fyrsta skrefið í átt að því að nýta hana.

Þessi leit að hreinu flugi er að þrýsta á mörkin geimtækni. Áskorunin er að finna a eldsneyti sem getur knúið stóra auglýsingu flugvélar yfir miklar vegalengdir án þess að framleiða gróðurhúsalofttegundir. Rafhlöður, þó frábærar fyrir bíla og hugsanlega mjög litlar skammdrægar flugvélar, hafa einfaldlega ekki orkuþéttleika sem þarf fyrir a langdrægar flugvélar. Þetta er grundvallarvandamálið sem vetnisorku er tilbúið að leysa. Iðnaðurinn er virkur að kanna ýmislegt flugvélahugtök knúið vetni sem gefur skýra stefnu fyrir framtíð flugsins.

Hvað gerir fljótandi vetni að vænlegu eldsneyti fyrir flugvélar?

Svo, hvers vegna öll spennan um vetni? Svarið liggur í ótrúlegu orkuinnihaldi þess. Með messu, vetniseldsneyti hefur næstum þrisvar sinnum meiri orku en hefðbundnar þotur eldsneyti. Þetta þýðir an flugvélar getur fræðilega farið sömu vegalengd með verulega minni eldsneyti þyngd. Þegar vetni er notað í eldsneytisfrumum, eina aukaafurðin er vatn, sem gerir það að raunverulegri losunarlausri lausn á notkunarstað. Þetta er leikbreyting fyrir flug heiminum.

Valið á milli þess að geyma vetni sem þjappað gas eða frostvökva er mikilvægt fyrir loftrými verkfræðinga. Meðan loftkennt vetni er einfaldara í meðförum við venjulegt hitastig, það er ekki mjög þétt. Til að geyma nóg loftkennt vetni fyrir þýðingarmikið flug, þú þarft gríðarlega, þunga skriðdreka, sem er ópraktískt fyrir flugvélar. Fljótandi vetni (LH₂) er aftur á móti miklu þéttara. Með því að kæla vetnisgas niður í ótrúlega kalt -253°C (-423°F), verður það að vökva, sem gerir kleift að geyma miklu meira magn af orku í tilteknu rúmmáli. Þessi þéttleiki er það sem gerir fljótandi vetniseldsneyti leiðandi frambjóðandi til að knýja framtíðarmiðil og lengri flugvélar.

Frá sjónarhóli mínu sem birgir, möguleikar á fljótandi vetni er gríðarlegur. Við erum nú þegar sérfræðingar í að framleiða og meðhöndla háhreinar lofttegundir. Áskoranir um fljótandi vetni og geymsla eru mikilvæg, en þau eru verkfræðileg vandamál sem eru leyst af ljómandi huga á stöðum eins og Þýska Aerospace Center. The ávinningur vetnis—Hátt orkuinnihald þess og hreinbrennandi eðli — vega mun þyngra en erfiðleikarnir. Þetta öfluga eldsneyti er lykillinn að því að opna sjálfbærar, langar flugsamgöngur.

Hvernig knýr fljótandi vetniseldsneytiskerfi flugvél?

Að ímynda sér a fljótandi vetniseldsneytiskerfi á an flugvélar getur virst eins og vísindaskáldskapur, en kjarnahugtökin eru frekar einföld. Kerfið hefur fjóra meginhluta: geymslan tankur, hinn eldsneyti dreifikerfi, uppgufunareiningu og framdrifskerfi. Þetta byrjar allt með mjög einangruðum, kryógenískum eldsneytistankur þar sem fljótandi vetni er geymt við -253°C. Geymsla a eldsneyti við þetta hitastig á an flugvélar er stórt verkfræðilegt afrek, sem krefst háþróaðra efna og lofttæmiseinangrunar til að koma í veg fyrir að vökvinn sjóði af.

Frá geymsla fljótandi vetnis tankur, frystiefnið eldsneyti er dælt í gegnum net einangraðra röra. Áður en hægt er að nota það, fljótandi vetni verður að breyta aftur í gas. Þetta gerist í varmaskipti, sem hitar vandlega eldsneyti. Þetta vetnisgasi er síðan borið inn í framdrifskerfið. Allt vetniseldsneytiskerfi verður að vera vandlega hannaður til að vera léttur, ótrúlega öruggur og áreiðanlegur við krefjandi aðstæður flugs, frá flugtaki til lendingar.

Þetta er þar sem sérfræðiþekking á iðnaðarlofttegundum verður mikilvæg. Hönnun og framleiðsla þessara kerfi fyrir flugvélar krefjast djúps skilnings á frystingu og meðhöndlun gass. Sömu meginreglur og við notum til að geyma og flytja lausar lofttegundir á jörðu niðri á jörðu niðri eru aðlagaðar að einstöku umhverfi flugvélar. Fyrirtæki sem veita iðnaðarlofttegundir, eins og okkar eigin, eru mikilvægir samstarfsaðilar í þessari þróun, sem tryggja áreiðanlegt framboð af miklum hreinleika Vetni er í boði fyrir rannsóknir, þróun og að lokum rekstur þessara ótrúlegu nýju flugvélar.

Hver er munurinn á vetnisbrennslu og vetniseldsneytisfrumudrifningu?

Þegar fólk talar um vetnisknúnum flugvélum, þeir eru venjulega að vísa til einnar af tveimur helstu tækni: bein vetnisbrennslu eða vetnisefnarafala. Bæði nota vetni sem aðal eldsneyti, en þeir breyta orku þess í þrýsting á mjög mismunandi hátt. Það er mikilvægt fyrir alla í þessum iðnaði að skilja muninn.

Vetnisbrennsla er meira þróunarskref. Það felur í sér að aðlaga núverandi þotuhreyfla að bruna vetniseldsneyti í stað steinolíu. Helsti kosturinn er sá að hún nýtir núverandi vélartækni, sem mögulega flýtir fyrir þróun. Hins vegar, á meðan brennsla vetnis útilokar CO₂ losun, getur það samt framleitt köfnunarefnisoxíð (NOx) við háan hita, sem eru einnig skaðleg mengunarefni. The Þýska fluggeimfarið Center (DLR) er virkur að rannsaka leiðir til að lágmarka NOx myndun í þessum vélum. Þessi aðferð er til skoðunar fyrir báða skammdrægar flugvélar og stærri flugvélar.

Vetni eldsneyti klefi tæknin er aftur á móti byltingarkennd skref. Í a efnarafalakerfi, vetni og súrefni úr loftinu eru sameinuð í rafefnafræðilegu hvarfi til að framleiða rafmagn, með vatn og hita sem einu aukaafurðirnar. Þetta rafmagn knýr síðan rafmótora sem snúa skrúfum eða viftum. Þetta knúningskerfi efnarafala er algjörlega laust við CO₂ og NOx. Tæknin er hljóðlátari og hugsanlega skilvirkari en bruni. Margir sérfræðingar telja það flugvél knúin efnarafalum eru lokamarkmið fyrir sannarlega hreint flug.

Hér er einföld sundurliðun:

Báðar leiðirnar eru kannaðar af risum eins og Airbus, sem stefna að því að koma með vetni flugvélar árið 2035. Þróun háþróaðra eldsneytisfrumutækni er lykiláherslusvið fyrir heildina flugiðnaði.

Hver eru helstu hindranirnar við að nota vetni sem eldsneyti fyrir flug?

Leiðin til vetnisknúið flug er spennandi, en það er ekki án áskorana. Af reynslu minni í gasiðnaðinum veit ég að meðhöndlun vetnis, sérstaklega fljótandi vetni, krefst nákvæmni og djúprar virðingar fyrir öryggi. Fyrir loftrými geira, eru þessar áskoranir magnaðar. Fyrsta og mikilvægasta hindrunin er geymsla. Vetni krefst mikið pláss, jafnvel sem þéttur vökvi. A fljótandi vetnistankur á an flugvélar þarf að vera um það bil fjórum sinnum stærri en steinolía eldsneytistankur geymir sömu orku.

Þessi stærð krafa skapar domino áhrif á hönnun flugvéla. Erfitt er að fella þessa stóru, sívalu eða samræmdu tanka inn í hefðbundna „rör-og-væng“ lögun nútímans. flugvélar. Ennfremur er frosthiti á fljótandi vetni krefst "tank-innan-tank" hönnun, þekktur sem Dewar, með lofttæmislagi til einangrunar. Þessar vetnistankur kerfi eru flókin og auka þyngd, sem er alltaf óvinur flugvélar skilvirkni. Að tryggja langtíma áreiðanleika og öryggi þessara frostefna eldsneyti kerfi í milljónum fluglota er forgangsverkefni vísindamanna.

Handan við flugvélar sjálft, það er áskorunin að byggja upp alþjóðlegt vetnismannvirki. Flugvellir þurfa að vera algjörlega endurhannaðir til að geyma og flytja á öruggan hátt mikið magn af fljótandi vetni. Þetta felur í sér að þróa nýja eldsneytistækni, lekaleitarkerfi og öryggisreglur. Við þurfum líka að stækka vetnisframleiðslu verulega, tryggja að það sé "grænt" vetni framleitt með endurnýjanlegri orku. Ég veit af því að tala við viðskiptavini að flutningastarfsemi er mikið áhyggjuefni. Fyrir eiganda fyrirtækis eins og Mark, áreiðanleika vetnisdreifingu net frá vinnslustöðinni að flugvellinum mun skipta jafn miklu máli og gæði gassins sjálfs.

Hvernig mun hönnun flugvéla þróast til að koma til móts við vetniseldsneytiskerfi?

Einstakir eiginleikar fljótandi vetniseldsneyti meina að flugvélar morgundagsins gæti litið allt öðruvísi út en í dag. Samþætting fyrirferðarmikilla frostefnaeldsneytisgeyma er aðal áskorunin við að keyra nýja hönnun flugvéla hugtök. Verkfræðingar geta ekki bara skipt út steinolíu í vængjunum fyrir vetni; eðlisfræðin leyfir það ekki. Vængirnir eru ekki nógu þykkir til að halda stórum, einangruðum sívölum geymum.

Þetta hefur leitt til nokkurra nýstárlegra flugvélahugtök. Ein vinsæl hugmynd er að setja tvo stóra vetni tankar í aftari skrokknum á flugvélar, fyrir aftan farþegaklefann. Þetta heldur tiltölulega hefðbundnu loftaflfræðilegu formi en dregur úr plássi fyrir farþega eða farm. Annað framúrstefnulegt hugtak er „Blended Wing Body“ (BWB), þar sem skrokkurinn og vængir eru samþættir í eina, breiðu byggingu. Þessi lögun býður upp á miklu meira innra rúmmál, sem gerir það tilvalið fyrir stórt húsnæði fljótandi vetnistankur kerfi án þess að skerða farþegarými. Þessi hönnun gæti einnig boðið upp á verulegan loftaflfræðilegan ávinning.

Framdrifskerfið hefur einnig áhrif á flugvélarhönnun. An flugvél knúin af vetnisbrennslu gæti verið með vélar sem líta svipað út og í dag, en þær verða stærri og fínstilltar fyrir brennslu vetniseldsneyti. Fyrir an flugvél knúin efnarafalum, hönnunin gæti verið róttækari. Hægt væri að dreifa mörgum minni rafmagnsviftum meðfram vængjunum til að auka skilvirkni, hugtak sem kallast dreifð framdrif. Þetta er spennandi tími í geimtækni, þar sem þörf er á nýjum eldsneyti er að opna nýtt tímabil skapandi og skilvirks flugvélar hönnun. Hvert nýtt flugvélatækni færir okkur nær markmiðinu um sjálfbært flug.

Hvaða flugbrautryðjendur gera vetnisflugvélar að veruleika?

The umskipti yfir í vetni er ekki bara fræðileg æfing; helstu leikmenn í flugiðnaði eru að fjárfesta milljarða til að svo megi verða. Airbus hefur verið raddlegur leiðtogi og afhjúpað ZEROe hugmyndir sínar með það metnaðarfulla markmið að setja á markað fyrstu núlllosunar auglýsinguna flugvélar árið 2035. Þeir eru að kanna hvort tveggja vetnisbrennslu og efnarafal leiðir fyrir mismunandi flugvélar stærðum. Skuldbinding þeirra hefur sent kraftmikið merki til allrar aðfangakeðjunnar um að vetnisbyltingin sé að koma.

Í Bretlandi er Flugtæknistofnun (ATI) styrkir fjölmörg verkefni, þar á meðal þróun á a sýniflugvél. Eitt af mest spennandi verkefnum er stýrt af Cranfield Aerospace Solutions, sem vinnur að því að breyta litlum, 9 sæta Britten-Norman Islander svæðisflugvélar að hlaupa á a vetnis efnarafal kerfi. Þetta verkefni, sem felur í sér verklega flugpróf, skiptir sköpum til að öðlast raunverulega reynslu og eftirlitssamþykki fyrir vetni kerfi fyrir flugvélar. Þessi smærri verkefni eru mikilvæg skref í átt að vottun vetnisknúningur fyrir stærri farþegaflugvélar.

Önnur fyrirtæki eru einnig að taka miklum framförum. ZeroAvia hefur þegar framkvæmt tilraunaflug með litlum flugvél knúin af a vetnis efnarafal kerfi. Í starfi mínu sjáum við auknar fyrirspurnir um háhreinar lofttegundir fyrir þessar rannsóknir og þróunarverkefni. Allt frá sérhæfðum lofttegundum sem notaðar eru við framleiðslu á léttum samsettum geymum til Argon þarf til að suða háþróaða málmblöndur í flugvélahreyfla, allt vistkerfið er að undirbúa sig. Samstarf þessara nýstárlegu loftrými fyrirtæki og iðnaðargasgeirinn er nauðsynlegur fyrir árangursríkt umskipti yfir í vetni.

Hversu mikilvægur er gashreinleiki fyrir vetniseldsneytisfrumutækni?

Þetta er spurning sem hefur bein áhrif á fyrirtæki mitt og fyrirtæki viðskiptavina minna. Fyrir vetnisbrennslu vélar, hreinleika á vetniseldsneyti er mikilvægt, en fyrir tækni fyrir vetniseldsneyti, það er algjörlega gagnrýnivert. A efnarafala stafla er mjög viðkvæmur búnaður. Það virkar með því að koma vetni yfir platínuhvata, sem er afar viðkvæmur fyrir mengun.

Óhreinindi allt að nokkrum hlutum á milljón - hlutir eins og brennistein, ammoníak eða kolmónoxíð - geta eitrað hvatann. Þetta ferli, þekkt sem niðurbrot hvata, dregur varanlega úr efnarafala frammistöðu og líftíma. Fyrir an flugvélar, þar sem áreiðanleiki er í fyrirrúmi, er ekki valkostur að nota eitthvað minna en ofurhreint vetni. Þetta er ástæðan fyrir því að alþjóðlegir staðlar, eins og ISO 14687, tilgreina ströng hreinleikastig fyrir vetniseldsneyti. Til að uppfylla þessa staðla þarf háþróaða framleiðslu og hreinsunartækni.

Þetta er þar sem sérfræðiþekking birgja verður lykilsölustaður. Ég legg alltaf áherslu á það við samstarfsaðila mína að gæðaeftirlit er ekki bara kassi til að athuga; það er grunnurinn að viðskiptum okkar. Fyrir alla sem eru að leita að framtíðinni vetnisflug markaði, að geta tryggt og vottað hreinleika vörunnar þinnar er ekki samningsatriði. Þetta á sérstaklega við um an rafflugvél knúin vökva vetni eldsneytisfrumum, þar sem allt knýja flugvéla kerfi fer eftir gæðum eldsneyti. Sem verksmiðja með margar framleiðslulínur höfum við sérstaka ferla til að tryggja hverja lotu okkar Magn háhreinleika sérlofttegunda uppfyllir eða fer yfir þessa alþjóðlegu staðla, sem veitir þann áreiðanleika sem loftrými kröfum geirans.

Hvers konar vetnisinnviði er þörf til að styðja við alþjóðlegan flota?

An flugvélar er aðeins einn hluti af jöfnunni. Fyrir vetnisknúið flug að verða að veruleika, stórfelld, um allan heim vetnismannvirki verður að byggja. Þetta er áskorun á mælikvarða upphaflegrar uppbyggingar alþjóðlegs flugvallakerfis. Flugvellir þurfa að verða orkumiðstöðvar, sem geta framleitt eða tekið á móti, geymt og dreift gríðarlegu magni af fljótandi vetni.

Þetta felur í sér að byggja í stórum stíl fljótandi vetni plöntur annað hvort á flugvellinum eða í nágrenninu. Cryogenic vetni yrði þá geymt í stórum, mjög einangruðum tönkum á staðnum. Þaðan þyrfti nýja kynslóð eldsneytisflutningabíla eða brunakerfa, sérstaklega hönnuð fyrir frostvökva, til að þjónusta hvern og einn. flugvélar. Öryggi er forgangsverkefni númer eitt. Allur innviði, frá vetnisframleiðslu aðstaða við stútinn sem tengist flugvélakerfi, verður að vera hannaður með óþarfa öryggiseiginleikum til að takast á við þetta öfluga eldsneyti.

Skipulagsleg áskorunin er gríðarleg, en hún felur líka í sér gríðarlegt viðskiptatækifæri. Það mun krefjast fjárfestingar í leiðslum, frystiflutningaskipum og geymsluaðstöðu. Fyrirtæki sem sérhæfa sig í frystibúnaði, eins og framleiðendur lághita einangruð gashylki, mun sjá mikla eftirspurn. Fyrir innkaupafulltrúa eins og Mark þýðir þetta að byggja upp tengsl núna við birgja sem skilja margbreytileika beggja fljótandi og loftkennt vetni. Að tryggja sér sess í þessari framtíðarbirgðakeðju þýðir að hugsa um allt vistkerfið, ekki bara eldsneyti sjálft.

Ertu tilbúinn fyrir umskipti yfir í vetni í fluggeiranum?

The umskipti yfir í vetni í flug geiri er ekki lengur spurning um „ef“ heldur „hvenær“. Skriðþunginn er að byggjast upp, knúinn áfram af umhverfisþörfum, reglugerðarþrýstingi og tækninýjungum. Fyrir leiðtoga fyrirtækja er þetta augnablik tækifæris. Breytingin mun skapa nýja markaði og krefjast nýrrar sérfræðiþekkingar. Fyrirtæki sem geta á áreiðanlegan hátt veitt háhreinleika vetni, veita skipulagslausnir og skilja ströngu gæðakröfur loftrými geirinn mun dafna.

Sem einhver sem hefur eytt árum saman í iðnaðargasbransanum hef ég séð hvernig ný tækni skapar nýja leiðtoga. Fyrirtækin sem ná árangri eru þau sem sjá fram á breytingar og búa sig undir þær. Byrjaðu á því að fræða þig og liðið þitt um vetnistækni. Skildu muninn á milli eldsneytisfrumum og bruna, og mikilvægu hlutverki hreinleika. Byrjaðu að meta aðfangakeðjufélaga þína. Hafa þeir tæknilega sérfræðiþekkingu og gæðavottorð til að þjóna loftrými markaði? Geta þeir séð um flutninga á afhendingu vöru eins og fljótandi vetni?

Þetta er langtímaleikrit. Sá fyrsti flug knúið fljótandi vetni í viðskiptalegum mælikvarða eru enn um áratug í burtu. En það er verið að leggja grunninn í dag. Unnið er að rannsóknum, frumgerðirnar eru smíðaðar og aðfangakeðjur mótaðar. Nú er kominn tími til að spyrja réttu spurninganna og staðsetja fyrirtækið þitt til að vera hluti af hreinlætinu flug byltingu. Framtíð flugsins er að fara í loftið og mun verða það knúin vetni.

Helstu veitingar

• Brýn þörf: The flugiðnaði er í virkri leit að vali um núlllosun en þotu eldsneyti, með fljótandi vetni fram sem leiðandi frambjóðandi fyrir miðlungs til langtíma flugvélar.
• Tvær leiðir til valda: Vetnisknúningur mun fyrst og fremst nota tvær aðferðir: bein vetnisbrennslu í breyttum þotuhreyflum og mjög skilvirkur vetnisefnarafala sem framleiða rafmagn.
• Geymsla er aðaláskorunin: Stærsta verkfræðilega hindrunin er að geyma fyrirferðarmikið, kryógenískt fljótandi vetni á an flugvélar, sem krefst stórra, mjög einangraðra eldsneytistanka og mun leiða til nýrra hönnun flugvéla.
• Hreinleiki er í fyrirrúmi: Fyrir vetnis efnarafal kerfi, ofurhreint vetni er ekki bara val - það er krafa til að koma í veg fyrir skemmdir á viðkvæmum hvata.
• Innviðir eru lykilatriði: Árangursrík umskipti krefjast þess að byggja upp gríðarlega alþjóðlegan innviði fyrir vetnisframleiðslu, vökvamyndun, geymsla og eldsneytisáfylling á flugvöllum.
• Viðskiptatækifæri: Skiptingin til vetnisflug skapar gífurleg tækifæri fyrir fyrirtæki um alla iðnaðargas aðfangakeðjuna, frá framleiðslu til flutninga og búnaðarframleiðslu.