Ropot reaktivnega motorja je zvok povezovanja, globalnega poslovanja, napredka. Toda desetletja je ta zvok za naše okolje imel veliko ceno. Letalska industrija je na razpotju in se sooča z velikim pritiskom za razogljičenje. Kot lastnik tovarne, ki proizvaja industrijske pline, sem jaz, Allen, v prvi vrsti pri tehnoloških premikih, ki bodo definirali prihodnost. Eden najbolj vznemirljivih je prehod na letalstvo s pogonom na vodik. Ta članek je za poslovneže, kot je Mark Shen, ki so ostri, odločni in vedno iščejo naslednjo veliko priložnost. To je globok potop v svet tekoči vodik kot letalstvo goriva, ki razčleni kompleksno znanost na praktične poslovne vpoglede. Raziskali bomo tehnologijo, izzive in zakaj ta prehod predstavlja veliko priložnost za tiste v industrijski dobavni verigi plina.

Zakaj letalska industrija išče alternativno gorivo kerozinu?

Več kot pol stoletja je letalska industrija se je zanašal skoraj izključno na jet goriva pridobljen iz kerozina. Je energijsko gost, razmeroma stabilen in okoli njega smo zgradili ogromno globalno infrastrukturo. Vendar je vpliv na okolje nesporen. Letalstvo trenutno predstavlja približno 2,5 % svetovnih emisij CO₂, vendar je njegov prispevek k podnebnim spremembam še večji zaradi drugih učinkov, kot so dušikovi oksidi (NOx) in kontrailne sledi. Medtem ko se svetovni pritisk za trajnost povečuje, letalske družbe in letalo proizvajalci vedo, da status quo ni več možnost.

Regulativni organi in potrošniki zahtevajo čistejši način letenja. To je sprožilo tekmo za iskanje uspešnega alternativno gorivo. Medtem ko možnosti, kot je trajnostno letalstvo goriva (SAF) ponujajo kratkoročno rešitev z recikliranjem obstoječega ogljika, ne odpravljajo emisij pri viru. Končni cilj je let brez emisij in tu nastopi vodik. Prehod na nov vir energije za letalo ni le okoljska nuja; to je tehnološka revolucija, ki bo preoblikovala celotno letalstvo sektor. Za podjetja v dobavni verigi je razumevanje tega premika prvi korak k temu, da ga izkoristijo.

To prizadevanje za čist let premika meje vesoljska tehnologija. Izziv je najti a goriva ki lahko poganja veliko reklamo letalo na velike razdalje, ne da bi proizvajali toplogredne pline. Električne baterije, čeprav so odlične za avtomobile in potencialno zelo majhne letalo kratkega dosega, preprosto nimajo potrebne energijske gostote za a letalo dolgega dosega. To je temeljni problem, ki vodikova energija je pripravljen rešiti. Industrija aktivno raziskuje različne koncepte letal poganja vodik, kar nakazuje jasno smer za prihodnost letenja.

Zakaj je tekoči vodik obetavno gorivo za letala?

Zakaj torej toliko navdušenja nad vodikom? Odgovor je v njegovi neverjetni energijski vsebnosti. Po masi, vodikovo gorivo ima skoraj trikrat večjo energijo kot tradicionalni curek goriva. To pomeni an letalo lahko teoretično prepotuje enako razdaljo z bistveno manj goriva teža. Pri uporabi vodika v gorivne celice, je edini stranski produkt voda, zaradi česar je resnično rešitev brez emisij na mestu uporabe. To je sprememba igre za letalstvo svetu.

Izbira med shranjevanjem vodika kot stisnjenega plina ali kriogene tekočine je kritična za letalstvo inženirji. Medtem ko plinasti vodik je enostavnejša za rokovanje pri normalnih temperaturah, ni zelo gosta. Za shranjevanje dovolj plinasti vodik za smiseln let bi potrebovali ogromne, težke rezervoarje, kar je nepraktično za letalo. Tekoči vodik (LH₂) je po drugi strani veliko gostejši. Z ohlajanjem vodikovega plina na neverjetno mrzle -253 °C (-423 °F) postane tekočina, ki omogoča shranjevanje veliko večje količine energije v dani prostornini. Ta gostota je tisto, kar naredi tekoče vodikovo gorivo vodilni kandidat za napajanje prihodnjega medija in letalo daljšega dosega.

Z mojega vidika kot dobavitelja je potencial tekoči vodik je neizmerno. Smo že strokovnjaki za proizvodnjo in ravnanje s plini visoke čistosti. Izzivi utekočinjenje vodika in shranjevanje so pomembni, vendar so to inženirski problemi, ki jih rešujejo briljantni umi na mestih, kot je Nemški vesoljski center. The prednosti vodika—njegova visoka vsebnost energije in narava čistega izgorevanja—daleč odtehtata težave. Ta močna goriva je ključ do odklepanja trajnostnega zračnega potovanja na dolge razdalje.

Kako sistem za gorivo na tekoči vodik poganja letalo?

Predstavljajte si a sistem goriva na tekoči vodik na an letalo se lahko zdi kot znanstvena fantastika, vendar so osrednji koncepti precej enostavni. Sistem ima štiri glavne dele: shranjevanje rezervoar, the goriva distribucijsko omrežje, uparjalno enoto in pogonski sistem. Vse se začne z visoko izoliranim, kriogenim rezervoar za gorivo kjer je tekoči vodik je shranjen pri -253°C. Shranjevanje a goriva pri tej temperaturi na an letalo je velik inženirski podvig, ki zahteva napredne materiale in vakuumsko izolacijo, da se prepreči izvretje tekočine.

Od shranjevanje tekočega vodika rezervoar, kriogeni goriva se črpa skozi mrežo izoliranih cevi. Preden se lahko uporabi, tekoči vodik je treba pretvoriti nazaj v plin. To se zgodi v izmenjevalniku toplote, ki skrbno segreje goriva. to vodikov plin se nato dovaja v pogonski sistem. Celotno vodikov sistem goriva mora biti natančno zasnovan tako, da je lahek, neverjetno varen in zanesljiv v zahtevnih pogojih letenja, od vzleta do pristanka.

Tukaj postane strokovno znanje o industrijskih plinih ključnega pomena. Oblikovanje in izdelava le-teh sistemi za letala zahtevajo globoko razumevanje kriogenetike in ravnanja s plini. Ista načela, ki jih uporabljamo za varno shranjevanje in transport plinov v razsutem stanju po tleh, so prilagojena edinstvenemu okolju letalo. Podjetja, ki dobavljajo industrijske pline, kot je naše, so bistveni partnerji pri tem razvoju in zagotavljajo zanesljivo oskrbo z visoko čistostjo vodik je na voljo za raziskave, razvoj in morebitno delovanje teh neverjetnih novih letalo.

Kakšna je razlika med zgorevanjem vodika in pogonom na vodikove gorivne celice?

Ko ljudje govorijo o letala na vodikov pogon, se običajno nanašajo na eno od dveh glavnih tehnologij: neposredno zgorevanje vodika oz vodikove gorivne celice. Oba uporabite vodik kot primarni goriva, vendar njegovo energijo pretvarjajo v potisk na zelo različne načine. Za vsakogar v tej industriji je pomembno, da razume razliko.

Zgorevanje vodika je bolj evolucijski korak. Vključuje prilagoditev sedanjih reaktivnih motorjev za gorenje vodikovo gorivo namesto kerozina. Glavna prednost je, da izkorišča obstoječo tehnologijo motorjev, kar lahko pospeši razvoj. Čeprav zgorevanje vodika odpravlja emisije CO₂, lahko še vedno proizvaja dušikove okside (NOx) pri visokih temperaturah, ki so prav tako škodljiva onesnaževala. The Nemško letalstvo Center (DLR) aktivno raziskuje načine za zmanjšanje nastajanja NOx v teh motorjih. Ta pristop se obravnava za oba letalo kratkega dosega in večja letala.

Vodikova gorivna celica tehnologija pa je revolucionaren korak. V a sistem gorivnih celic, se vodik in kisik iz zraka združita v elektrokemični reakciji za proizvodnjo električne energije, pri čemer sta voda in toplota edina stranska produkta. Ta elektrika nato poganja elektromotorje, ki obračajo propelerje ali ventilatorje. to pogonski sistem na gorivne celice je popolnoma brez CO₂ in NOx. Tehnologija je tišja in potencialno učinkovitejša od zgorevanja. Mnogi strokovnjaki menijo, da letala, ki jih poganjajo gorivne celice so končni cilj za resnično čisto letalstvo.

Tukaj je preprosta razčlenitev:

Obe poti raziskujejo velikani, kot je Airbus, ki želi prinesti vodik letala do leta 2035. Razvoj naprednega tehnologije gorivnih celic je ključno osredotočeno področje za celotno vesoljska industrija.

Katere so glavne ovire pri uporabi vodika kot goriva za letalstvo?

Pot do letalstvo na vodikov pogon je razburljivo, a ni brez izzivov. Iz svojih izkušenj v plinski industriji vem, da je zlasti ravnanje z vodikom tekoči vodik, zahteva natančnost in globoko spoštovanje varnosti. Za letalstvo sektorju so ti izzivi še večji. Prva in najpomembnejša ovira je shranjevanje. Vodik zahteva veliko prostora, tudi kot gosta tekočina. A rezervoar za tekoči vodik na an letalo mora biti približno štirikrat večji od kerozina rezervoar za gorivo zadržuje enako količino energije.

Ta zahteva glede velikosti ustvari učinek domin oblikovanje letal. Te velike, cilindrične ali konformne rezervoarje je težko vključiti v tradicionalno obliko "cevi in ​​kril" sodobnega letalo. Poleg tega je kriogena temperatura tekoči vodik zahteva zasnovo "rezervoarja v rezervoarju", znano kot Dewar, z vakuumsko plastjo za izolacijo. te rezervoar za vodik sistemi so zapleteni in povečujejo težo, kar je vedno njihov sovražnik letalo učinkovitost. Zagotavljanje dolgoročne zanesljivosti in varnosti teh kriogenih goriva sistemov med milijoni ciklov letenja je glavna prednostna naloga raziskovalcev.

Onkraj letalo samo po sebi je izziv zgraditi globalno vodikovo infrastrukturo. Letališča bo treba popolnoma preoblikovati za varno shranjevanje in prenos ogromnih količin tekoči vodik. To vključuje razvoj novih tehnologij za točenje goriva, sistemov za odkrivanje puščanja in varnostnih protokolov. Prav tako se moramo povečati proizvodnja vodika dramatično, zagotavljanje, da gre za "zeleni" vodik, proizveden z uporabo obnovljive energije. Iz pogovorov s strankami vem, da je logistika velika skrb. Za lastnika podjetja, kot je Mark, je zanesljivost porazdelitev vodika omrežje od proizvodnega obrata do letališča bo prav tako pomembno kot kakovost samega plina.

Kako se bo razvijala zasnova letal, da bo omogočila sisteme za gorivo na vodik?

Edinstvene lastnosti tekoče vodikovo gorivo pomeni, da letalo jutrišnji bodo morda videti zelo drugačni od današnjih. Integracija zajetnih kriogenih rezervoarjev za gorivo je osrednji izziv, ki spodbuja novo oblikovanje letal koncepti. Inženirji ne morejo preprosto zamenjati kerozina v krilih z vodikom; fizika tega ne dopušča. Krila niso dovolj debela, da bi držala velike, izolirane cilindrične rezervoarje.

To je vodilo do več inovativnih koncepte letal. Ena priljubljena ideja je postaviti dve veliki vodik rezervoarji v zadnjem delu trupa letalo, za potniško kabino. To ohranja razmeroma običajno aerodinamično obliko, vendar zmanjšuje prostor za potnike ali tovor. Drugi futuristični koncept je "Blended Wing Body" (BWB), kjer so trup in krila integrirana v eno samo široko strukturo. Ta oblika ponuja veliko večjo notranjo prostornino, zaradi česar je idealna za velike prostore rezervoar za tekoči vodik sistemov brez ogrožanja prostora za potnike. Ta zasnova bi lahko nudila tudi pomembne aerodinamične prednosti.

Pogonski sistem prav tako vpliva na letalooblikovanje. An na letalski pogon avtor zgorevanje vodika morda imajo motorje, ki so podobni današnjim, vendar bodo večji in optimizirani za kurjenje vodikovo gorivo. Za an letala, ki jih poganjajo gorivne celice, bi lahko bil dizajn bolj radikalen. Več manjših električnih ventilatorjev bi lahko porazdelili vzdolž kril za večjo učinkovitost, koncept, znan kot porazdeljeni pogon. To je razburljiv čas v vesoljska tehnologija, kjer je treba po novem goriva odpira novo dobo ustvarjalnosti in učinkovitosti letalo oblikovanje. Vsako novo letalska tehnologija nas približuje cilju trajnostnega letalstvo.

Kateri pionirji letalstva uresničujejo letala na vodik?

The prehod v vodik ni le teoretična vaja; glavni igralci v vesoljska industrija vlagajo milijarde, da bi to uresničili. Airbus je bil glasen vodja, saj je razkril svoje koncepte ZEROe z ambicioznim ciljem lansiranja prve reklame brez emisij letala do leta 2035. Raziskujejo oboje zgorevanje vodika in gorivne celice poti za različne letalo velikosti. Njihova zaveza je poslala močan signal celotni dobavni verigi, da prihaja vodikova revolucija.

V Združenem kraljestvu je Inštitut za vesoljsko tehnologijo (ATI) financira številne projekte, vključno z razvojem a demonstratorsko letalo. Enega najrazburljivejših projektov vodi Cranfield Aerospace Solutions, ki si prizadeva predelati majhen, 9-sedežni Britten-Norman Islander regionalno letalo teči na a vodikove gorivne celice sistem. Ta projekt, ki vključuje praktične preizkus letenja, je ključnega pomena za pridobivanje izkušenj iz resničnega sveta in regulativne odobritve za vodik sistemi za letala. Ti projekti manjšega obsega so pomembna odskočna deska za certificiranje pogon na vodik za večje potniško letalo.

Tudi druga podjetja delajo pomembne korake naprej. ZeroAvia je že izvedla testne polete malega na letalski pogon avtor a vodikove gorivne celice sistem. Pri mojem delu opažamo povečano povpraševanje po plinih visoke čistosti za ta prizadevanja na področju raziskav in razvoja. Od specializiranih plinov, ki se uporabljajo pri izdelavi lahkih kompozitnih rezervoarjev, do Argon potreben za varjenje naprednih zlitin v letalski motorji, se celoten ekosistem pripravlja. Sodelovanje med temi inovativnimi letalstvo podjetij in industrijski plinski sektor je bistvenega pomena za uspešno prehod v vodik.

Kako kritična je čistost plina za tehnologije vodikovih gorivnih celic?

To je vprašanje, ki neposredno vpliva na moje podjetje in podjetja mojih strank. Za zgorevanje vodika motorji, čistost vodikovo gorivo je pomembna, a za tehnologija vodikovih gorivnih celic, je absolutno kritično. A sklop gorivnih celic je zelo občutljiv kos opreme. Deluje tako, da vodik prehaja čez platinasti katalizator, ki je izjemno dovzeten za kontaminacijo.

Nečistoče, majhne kot nekaj delcev na milijon - stvari, kot so žveplo, amoniak ali ogljikov monoksid - lahko zastrupijo katalizator. Ta proces, znan kot razgradnja katalizatorja, trajno zmanjša gorivne celice zmogljivost in življenjska doba. Za an letalo, kjer je zanesljivost najpomembnejša, uporaba nič manj kot vodika ultra visoke čistosti ni možnost. Zato mednarodni standardi, kot je ISO 14687, določajo stroge stopnje čistosti za vodikovo gorivo. Izpolnjevanje teh standardov zahteva napredne tehnike proizvodnje in čiščenja.

Tu postane strokovno znanje dobavitelja ključna prodajna točka. Svojim partnerjem vedno poudarjam, da nadzor kakovosti ni le okvirček, ki ga je treba preveriti; to je temelj našega poslovanja. Za vse, ki želijo oskrbovati prihodnost vodikovo letalstvo trgu, o tem, da lahko jamčimo in potrdimo čistost vašega izdelka, ni mogoče pogajati. To še posebej velja za an električna letala na tekoči pogon vodik gorivne celice, kjer je celotna pogon letala Sistem je odvisen od kakovosti goriva. Kot tovarna z več proizvodnimi linijami imamo namenske postopke, da zagotovimo vsako našo serijo Posebni plini visoke čistosti v razsutem stanju izpolnjuje ali presega te mednarodne standarde in zagotavlja zanesljivost, ki jo letalstvo sektorske zahteve.

Kakšna vodikova infrastruktura je potrebna za podporo svetovne flote?

An letalo je le en del enačbe. Za letalstvo na vodikov pogon postati resničnost, množična, po vsem svetu vodikovo infrastrukturo je treba zgraditi. To je izziv v obsegu prvotne izgradnje svetovnega letališkega omrežja. Letališča bodo morala postati energetska vozlišča, ki bodo sposobna proizvesti ali sprejeti, shraniti in razdeliti ogromne količine tekoči vodik.

To vključuje gradnjo velikega obsega utekočinjenje vodika rastlin na letališču ali v bližini. Kriogeni vodik bi nato shranili v masivne, močno izolirane rezervoarje na kraju samem. Od tam bi bila potrebna nova generacija tovornjakov za polnjenje goriva ali hidrantnih sistemov, posebej zasnovanih za kriogene tekočine, za servisiranje vsakega letalo. Varnost je na prvem mestu. Celotna infrastruktura, od proizvodnja vodika na šobo, ki je povezana z letalski sistem, morajo biti zasnovane z redundantnimi varnostnimi funkcijami, da lahko obvladajo to moč goriva.

Logistični izziv je ogromen, a predstavlja tudi izjemno poslovno priložnost. Zahtevala bo naložbe v cevovode, kriogene transportne ladje in skladišča. Podjetja, ki so specializirana za kriogeno opremo, kot so proizvajalci nizkotemperaturne izolirane plinske jeklenke, bo povpraševanje veliko. Za uradnike za nabavo, kot je Mark, to zdaj pomeni vzpostavljanje odnosov z dobavitelji, ki razumejo kompleksnost obeh tekoči in plinasti vodik. Zagotoviti mesto v tej prihodnji dobavni verigi pomeni razmišljati o celotnem ekosistemu, ne le o goriva sama.

Ali ste pripravljeni na prehod na vodik v vesoljskem sektorju?

The prehod v vodik v letalstvo sektor ni več vprašanje "če", ampak "kdaj". Zagon narašča, vodijo ga okoljske potrebe, regulativni pritisk in tehnološke inovacije. Za poslovneže je to trenutek priložnosti. Premik bo ustvaril nove trge in zahteval novo strokovno znanje. Podjetja, ki lahko zanesljivo dobavljajo visoko čistost vodik, nudijo logistične rešitve in razumejo stroge zahteve glede kakovosti letalstvo bo sektor uspeval.

Kot nekdo, ki je leta delal v industriji industrijskega plina, sem videl, kako nove tehnologije ustvarjajo nove voditelje. Uspešna so tista podjetja, ki predvidevajo spremembe in se nanje pripravijo. Začnite z izobraževanjem sebe in svoje ekipe vodikove tehnologije. Razumeti razliko med gorivne celice in zgorevanje ter kritična vloga čistosti. Začnite ocenjevati svoje partnerje v dobavni verigi. Ali imajo tehnično strokovno znanje in certifikate kakovosti, da služijo letalstvo trg? Ali lahko poskrbijo za logistiko dostave izdelka, kot je tekoči vodik?

To je igra na dolgi rok. Prvi lete s pogonom na tekoči vodik v komercialnem obsegu še približno desetletje. Toda danes se postavljajo temelji. Raziskave potekajo, izdelujejo se prototipi in oblikujejo se dobavne verige. Zdaj je čas, da postavite prava vprašanja in postavite svoje podjetje tako, da postane del čistega letalstvo revolucija. Prihodnost letenja se vzpenja in tako tudi bo poganja vodik.

Ključni zaključki

• Nujna potreba: The letalska industrija aktivno išče alternativo jetu brez emisij goriva, z tekoči vodik se pojavlja kot vodilni kandidat za srednje do dolge razdalje letalo.
• Dve poti do moči: Pogon na vodik bo uporabljal predvsem dve metodi: neposredno zgorevanje vodika v modificiranih reaktivnih motorjih in zelo učinkovit vodikove gorivne celice ki proizvajajo elektriko.
• Shranjevanje je glavni izziv: Največja inženirska ovira je shranjevanje zajetnih, kriogenih tekoči vodik na an letalo, ki zahteva velike, močno izolirane rezervoarje za gorivo in bo vodilo do novih oblikovanje letal.
• Čistost je najpomembnejša: Za vodikove gorivne celice sistemov, vodik ultra visoke čistosti ni le prednostna naloga – je zahteva za preprečevanje poškodb občutljivih katalizatorjev.
• Infrastruktura je ključna: Za uspešen prehod je potrebna izgradnja ogromne globalne infrastrukture za proizvodnja vodika, utekočinjanje, skladiščenje in polnjenje goriva na letališčih.
• Poslovna priložnost: Premik na vodikovo letalstvo ustvarja ogromne priložnosti za podjetja v celotni verigi industrijske oskrbe s plinom, od proizvodnje do logistike in proizvodnje opreme.