татнежот на млазен мотор е звукот на поврзувањето, на глобалниот бизнис, на напредокот. Но, со децении, тој звук ја чини нашата животна средина. Воздухопловната индустрија е на крстопат, соочена со огромен притисок да се декарбонизира. Како сопственик на фабрика која произведува индустриски гасови, јас, Ален, имам седиште во првиот ред за технолошките промени кои ќе ја дефинираат иднината. Еден од највозбудливите е потегот кон авијација на водород. Оваа статија е наменета за деловни лидери како Марк Шен, кои се остри, решителни и секогаш ја бараат следната голема можност. Тоа е длабоко нурнување во светот на течен водород како ан авијација гориво, разложувајќи ја сложената наука во практични деловни согледувања. Ќе ја истражиме технологијата, предизвиците и зошто оваа транзиција претставува огромна можност за оние во синџирот на снабдување со индустриски гас.

Зошто воздухопловната индустрија бара алтернативно гориво за керозин?

Повеќе од половина век, на воздухопловната индустрија се потпираше речиси исклучиво на млазот гориво добиени од керозин. Тоа е енергетски густо, релативно стабилно и околу него изградивме огромна глобална инфраструктура. Сепак, влијанието врз животната средина е непобитно. Воздухопловноста во моментов сочинува околу 2,5% од глобалните емисии на CO₂, но нејзиниот придонес во климатските промени е уште поголем поради другите ефекти како што се азотни оксиди (NOx) и контраикции. Како што се зголемува глобалниот притисок за одржливост, авиокомпаниите и авиони производителите знаат дека статус кво веќе не е опција.

Регулаторните тела и потрошувачите бараат почист начин на летање. Ова предизвика трка да се најде остварлива алтернативно гориво. Додека опциите како одржлива авијација гориво (SAF) нудат краткорочно решение со рециклирање на постоечкиот јаглерод, тие не ги елиминираат емисиите на изворот. Крајната цел е летот со нулта емисија, и тука доаѓа водородот. Транзицијата кон нов извор на енергија за авиони не е само еколошка потреба; тоа е технолошка револуција која ќе го преобликува целото воздушната сектор. За бизнисите во синџирот на снабдување, разбирањето на оваа промена е првиот чекор кон капитализирање на тоа.

Оваа потрага по чист лет ги поместува границите на воздушната технологија. Предизвикот е да се најде а гориво што може да напојува голема реклама авиони на огромни растојанија без да се произведуваат стакленички гасови. Електрични батерии, иако одлични за автомобили и потенцијално многу мали авиони со краток дострел, едноставно ја немаат енергетската густина потребна за a авиони со долг дострел. Ова е основниот проблем што водородна енергија е подготвен да реши. Индустријата активно истражува различни концепти на авиони се напојува со водород, што сигнализира јасна насока за иднината на летот.

Што го прави течниот водород ветувачко гориво за авионите?

Па, зошто сета возбуда околу водородот? Одговорот лежи во неговата неверојатна енергетска содржина. По маса, водородно гориво има речиси три пати поголема енергија од традиционалниот млаз гориво. Ова значи ан авиони може теоретски да го помине истото растојание со значително помалку гориво тежина. Кога водородот се користи во горивни ќелии, единствениот нуспроизвод е водата, што ја прави навистина решение со нулта емисија на местото на употреба. Ова е промена на играта за авијација светот.

Изборот помеѓу складирање на водород како компримиран гас или криогена течност е критичен за воздушната инженери. Додека гасовит водород поедноставно е за ракување при нормални температури, не е многу густо. Да се ​​складира доволно гасовит водород за значаен лет, ќе ви требаат огромни, тешки тенкови, што е непрактично за авиони. Течен водород (LH2), од друга страна, е многу погуст. Со ладење на водородниот гас на неверојатно студени -253°C (-423°F), тој станува течност, овозможувајќи многу поголема количина на енергија да се складира во даден волумен. Оваа густина е она што го прави течно водородно гориво водечкиот кандидат за напојување на идниот медиум и авиони со подолг дострел.

Од моја перспектива како добавувач, потенцијалот на течен водород е огромно. Веќе сме експерти за производство и ракување со гасови со висока чистота. Предизвиците на втечнување на водород и складирањето се значајни, но тие се инженерски проблеми што ги решаваат брилијантните умови на места како што е Германски воздушен центар. На придобивките од водородот— неговата висока енергетска содржина и природата на чисто горење — многу ги надминуваат тешкотиите. Овој моќен гориво е клучот за отклучување на одржливо воздушно патување на долги растојанија.

Како системот за гориво со течен водород го напојува авионот?

Замислувајќи а систем за гориво со течен водород на ан авиони може да изгледа како научна фантастика, но основните концепти се прилично јасни. Системот има четири главни делови: складирање резервоарот, на гориво дистрибутивна мрежа, единица за испарување и погонски систем. Сè започнува со високо изолираното, криогеното резервоар за гориво каде што течен водород се чува на -253°C. Складирање а гориво на оваа температура на ан авиони е голем инженерски подвиг, кој бара напредни материјали и вакуумска изолација за да се спречи вриење на течноста.

Од складирање на течен водород резервоарот, криогениот гориво се испумпува низ мрежа од изолирани цевки. Пред да може да се користи, на течен водород мора повторно да се претвори во гас. Ова се случува во разменувач на топлина, кој внимателно го загрева гориво. Ова водороден гас потоа се внесува во погонскиот систем. Целиот систем за гориво со водород мора да бидат прецизно дизајнирани да бидат лесни, неверојатно безбедни и доверливи под тешките услови на летот, од полетување до слетување.

Ова е местото каде што експертизата за индустриски гасови станува критична. Дизајнот и производството на овие системи за авиони бараат длабоко разбирање на криогениката и ракувањето со гасот. Истите принципи што ги користиме за безбедно складирање и транспортирање на големи гасови на земја се приспособени за уникатната средина на авиони. Компаниите кои обезбедуваат индустриски гасови, како нашите, се суштински партнери во овој развој, обезбедувајќи сигурно снабдување со висока чистота Водород е достапен за истражување, развој и евентуално функционирање на овие неверојатни нови авиони.

Која е разликата помеѓу согорувањето на водород и погонот на горивни ќелии на водород?

Кога луѓето зборуваат за авиони на водород, тие обично се однесуваат на една од двете главни технологии: директна согорување на водород или водородни горивни ќелии. И двете користете водород како примарна гориво, но тие ја претвораат нејзината енергија во потисок на многу различни начини. Важно е секој во оваа индустрија да ја разбере разликата.

Согорување на водород е повеќе еволутивен чекор. Тоа вклучува прилагодување на сегашните млазни мотори да горат водородно гориво наместо керозин. Примарната предност е што ја користи постоечката технологија на моторот, потенцијално забрзувајќи го развојот. Меѓутоа, додека согорувањето на водородот ги елиминира емисиите на CO2, тој сепак може да произведува азотни оксиди (NOx) на високи температури, кои се исто така штетни загадувачи. На Германска авијација Центарот (DLR) активно истражува начини за минимизирање на формирањето на NOx кај овие мотори. Овој пристап се разгледува и за двете авиони со краток дострел и поголеми авиони.

Водородна горивни ќелии технологијата, од друга страна, е револуционерен чекор. Во а систем на горивни ќелии, водородот и кислородот од воздухот се комбинираат во електрохемиска реакција за да се добие електрична енергија, а водата и топлината се единствените нуспроизводи. Овој електрицитет потоа ги напојува електричните мотори кои вртат пропелери или вентилатори. Ова погонски систем со горивни ќелии е целосно без CO2 и NOx. Технологијата е потивка и потенцијално поефикасна од согорувањето. Многу експерти веруваат дека авиони напојувани од горивни ќелии се крајната цел за вистински чист авијација.

Еве едноставен преглед:

И двете патеки ги истражуваат гиганти како Ербас, кои имаат за цел да донесат водород авиони до 2035 година. Развојот на напредни технологии на горивни ќелии е клучна област за фокусирање на целото воздушната индустрија.

Кои се главните пречки во користењето на водородот како гориво за воздухопловството?

Патот до авијација на водород е возбудливо, но не е без свои предизвици. Од моето искуство во гасната индустрија, знам дека ракувањето со водород, особено течен водород, бара прецизност и длабоко почитување на безбедноста. За воздушната сектор, овие предизвици се зголемуваат. Првата и најзначајната пречка е складирањето. Водород бара многу простор, дури и како густа течност. А резервоар за течен водород на ан авиони треба да биде околу четири пати поголем од керозин резервоар за гориво држејќи исто количество енергија.

Овој услов за големина создава домино ефект врз дизајн на авиони. Овие големи, цилиндрични или конформални резервоари тешко се интегрираат во традиционалниот облик „цевка и крила“ на модерниот авиони. Понатаму, криогената температура на течен водород бара дизајн „тенк-во-тенк“, познат како Девар, со вакуумски слој за изолација. Овие резервоар за водород системите се сложени и додаваат тежина, што е секогаш непријател на авиони ефикасност. Обезбедување на долгорочна сигурност и безбедност на овие криогени гориво системи за време на милиони циклуси на летови е главен приоритет за истражувачите.

Надвор од авиони самиот, тука е предизвикот да се изгради глобално водородна инфраструктура. Аеродромите ќе треба целосно да се редизајнираат за безбедно складирање и пренос на огромни количини течен водород. Ова вклучува развој на нови технологии за полнење гориво, системи за откривање истекување и безбедносни протоколи. Ние, исто така, треба да се зголеми производство на водород драматично, осигурувајќи дека тој е „зелен“ водород произведен со користење на обновлива енергија. Знам од разговорот со клиентите дека логистиката е голема грижа. За сопственик на бизнис како Марк, сигурноста на дистрибуција на водород мрежата од производствената фабрика до аеродромот ќе биде исто толку важна како и квалитетот на самиот гас.

Како ќе се развие дизајнот на авионите за да се приспособат на системи за водородно гориво?

Уникатните својства на течно водородно гориво значи дека на авиони утре може да изгледа многу поинаку од денешните. Интегрирањето на гломазните криогенски резервоари за гориво е централниот предизвик за возење на нови дизајн на авиони концепти. Инженерите не можат само да го заменат керозинот во крилата со водород; физиката тоа нема да го дозволи. Крилата не се доволно дебели за да држат големи, изолирани цилиндрични резервоари.

Ова доведе до неколку иновативни концепти на авиони. Една популарна идеја е да се постават две големи водород тенкови во задниот труп на авиони, зад патничката кабина. Ова одржува релативно конвенционална аеродинамична форма, но го намалува просторот за патници или товар. Друг футуристички концепт е „Blended Wing Body“ (BWB), каде што трупот и крилата се интегрирани во една, широка структура. Оваа форма нуди многу поголем внатрешен волумен, што го прави идеален за домување големи резервоар за течен водород системи без загрозување на патничкиот простор. Овој дизајн може да понуди и значителни аеродинамички придобивки.

Погонскиот систем, исто така, влијае на авионидизајнот на. Ан авион на погон од страна на согорување на водород може да има мотори кои изгледаат слично на денешните, но ќе бидат поголеми и оптимизирани за горење водородно гориво. За еден авиони напојувани од горивни ќелии, дизајнот би можел да биде порадикален. Повеќекратни помали електрични вентилатори може да се распределат по крилата за поголема ефикасност, концепт познат како дистрибуиран погон. Ова е возбудливо време во воздушната технологија, каде што потребата за нов гориво отклучува нова ера на креативни и ефикасни авиони дизајн. Секој нов авионска технологија нè доближува до целта за одржливо авијација.

Кои воздушни пионери ги прават водородните авиони реалност?

На транзиција кон водород не е само теоретска вежба; главните играчи во воздушната индустрија инвестираат милијарди за да се оствари. Ербас беше гласен лидер, откривајќи ги своите концепти ZERO со амбициозна цел да ја лансира првата реклама со нулта емисија авиони до 2035 година. Тие ги истражуваат и двете согорување на водород и горивни ќелии патеки за различни авиони големини. Нивната посветеност испрати моќен сигнал до целиот синџир на снабдување дека доаѓа водородната револуција.

Во ОК, на Институт за воздушна технологија (ATI) финансира бројни проекти, вклучувајќи го и развојот на а демонстрациски авион. Еден од највозбудливите проекти е предводен од Cranfield Aerospace Solutions, која работи на преобразување на мал остров од Британско Норман со 9 седишта регионални авиони да се кандидира на а водородна горивни ќелии систем. Овој проект, кој вклучува практични тест за летање, е од клучно значење за стекнување искуство од реалниот свет и регулаторно одобрение за водород системи за авиони. Овие проекти од помал обем се витални чекори кон сертифицирањето водороден погон за поголеми патнички авиони.

И другите компании прават значителен напредок. ZeroAvia веќе изврши пробни летови на мала авион на погон од А водородна горивни ќелии систем. Во мојата линија на работа, гледаме зголемени барања за гасови со висока чистота за овие напори за истражување и развој. Од специјализираните гасови што се користат во производството на лесни композитни резервоари до Аргон потребни за заварување напредни легури во авионски мотори, целиот екосистем се подготвува. Соработката помеѓу овие иновативни воздушната компаниите и секторот за индустриски гас е од суштинско значење за успешна транзиција кон водород.

Колку е критична чистотата на гасот за водородните горивни ќелии?

Ова е прашање што директно влијае на мојот бизнис и на бизнисите на моите клиенти. За согорување на водород мотори, чистотата на водородно гориво е важно, но за технологија на водородни горивни ќелии, тоа е апсолутно критично. А оџак на горивни ќелии е високо чувствителна опрема. Работи со поминување на водород преку платина катализатор, кој е исклучително подложен на контаминација.

Нечистотии од неколку делови на милион - нешта како сулфур, амонијак или јаглерод моноксид - можат да го отрујат катализаторот. Овој процес, познат како деградација на катализаторот, трајно го намалува горивни ќелии перформанси и животен век. За еден авиони, каде што доверливоста е најважна, користењето нешто помалку од водород со ултра висока чистота не е опција. Ова е причината зошто меѓународните стандарди, како ISO 14687, специфицираат строги нивоа на чистота за водородно гориво. Исполнувањето на овие стандарди бара напредни техники на производство и прочистување.

Ова е местото каде што експертизата на добавувачот станува клучна продажна точка. Секогаш им нагласувам на моите партнери дека контролата на квалитетот не е само кутија за проверка; тоа е основата на нашиот бизнис. За секој кој сака да ја обезбеди иднината водородна авијација пазар, можноста да ја гарантирате и потврдите чистотата на вашиот производ не може да се преговара. Ова е особено точно за еден електрични авиони напојувани со течност водород горивни ќелии, каде што целата авионски погон системот зависи од квалитетот на гориво. Како фабрика со повеќе производни линии, имаме посветени процеси за да ја обезбедиме секоја наша серија Масовни специјални гасови со висока чистота ги исполнува или надминува овие меѓународни стандарди, обезбедувајќи сигурност дека на воздушната секторски барања.

Каков вид на водородна инфраструктура е потребна за поддршка на глобалната флота?

Ан авиони е само еден дел од равенката. За авијација на водород да стане реалност, масовен, ширум светот водородна инфраструктура мора да се изгради. Ова е предизвик од размерите на оригиналната конструкција на глобалната аеродромска мрежа. Аеродромите ќе треба да станат енергетски центри, способни да произведуваат или примаат, складираат и дистрибуираат огромни количини на течен водород.

Ова вклучува изградба на големи размери втечнување на водород растенија или на аеродромот или во близина. Криоген водород потоа ќе се чуваат во масивни, силно изолирани резервоари на лице место. Оттука, ќе биде потребна нова генерација камиони за полнење гориво или системи за хидрант, специјално дизајнирани за криогени течности, за да се сервисира секој авиони. Безбедноста е приоритет број еден. Целата инфраструктура, од производство на водород објект на млазницата што се поврзува со авионски систем, мора да биде дизајниран со вишок безбедносни карактеристики за да се справи со овој моќен гориво.

Логистичкиот предизвик е огромен, но исто така претставува огромна деловна можност. Тоа ќе бара инвестиции во цевководи, криогени транспортни бродови и капацитети за складирање. Компании кои се специјализирани за криогена опрема, како производители на цилиндри за гас изолирани со ниска температура, ќе видите огромна побарувачка. За службениците за набавки како Марк, ова значи градење односи сега со добавувачите кои ја разбираат комплексноста на двете течен и гасовит водород. Обезбедувањето место во овој иден синџир на снабдување значи да се размислува за целиот екосистем, а не само за гориво самиот себе.

Дали сте подготвени за транзиција кон водород во воздушниот сектор?

На транзиција кон водород во авијација секторот повеќе не е прашање на „ако“, туку „кога“. Моментумот се гради, поттикнат од потребите на животната средина, регулаторниот притисок и технолошките иновации. За деловните лидери, ова е момент на можност. Промената ќе создаде нови пазари и ќе бара нова експертиза. Компании кои можат со сигурност да обезбедат висока чистота водород, да обезбеди логистички решенија и да ги разбере строгите барања за квалитет на воздушната секторот ќе напредува.

Како некој кој поминал години во бизнисот со индустриски гас, видов како новите технологии создаваат нови лидери. Компаниите кои успеваат се оние кои ја предвидуваат промената и се подготвуваат за тоа. Започнете со едукација на себе и на вашиот тим водородни технологии. Разберете ја разликата помеѓу горивни ќелии и согорувањето, и критичната улога на чистотата. Започнете да ги оценувате вашите партнери во синџирот на снабдување. Дали имаат техничка експертиза и сертификати за квалитет за да им служат на воздушната пазар? Дали можат да се справат со логистиката за испорака на производ како течен водород?

Ова е долгорочна претстава. Првиот летови напојувани со течен водород на комерцијален план се уште околу една деценија. Но, основата се поставува денес. Истражувањата се прават, прототипите се градат, а се формираат и синџирите на снабдување. Сега е време да ги поставите вистинските прашања и да го поставите вашиот бизнис да биде дел од чистотата авијација револуција. Иднината на летот полетува, и ќе биде се напојува со водород.

Клучни производи за носење

• Итна потреба: На воздухопловната индустрија активно бара алтернатива со нулта емисија на млазот гориво, со течен водород се појавува како водечки кандидат за среден до долг дострел авиони.
• Два патеки до моќта: Водороден погон првенствено ќе користи два методи: директна согорување на водород во модифицирани млазни мотори и високо ефикасни водородни горивни ќелии кои произведуваат електрична енергија.
• Складирањето е главниот предизвик: Најголемата инженерска пречка е складирањето на гломазна, криогена течен водород на ан авиони, што бара големи, силно изолирани резервоари за гориво и ќе доведе до нови дизајн на авиони.
• Чистотата е најважна: За водородна горивни ќелии системи, водородот со ултра висока чистота не е само предност - тоа е услов за да се спречи оштетување на чувствителните катализатори.
• Инфраструктурата е клучна: Успешната транзиција бара изградба на огромна глобална инфраструктура за производство на водород, втечнување, складирање и полнење гориво на аеродромите.
• Деловна можност: Преминот кон водородна авијација создава огромни можности за бизнисите низ синџирот на снабдување со индустриски гас, од производство до логистика и производство на опрема.