طرحی نوآورانه که هواپیماهای منطقه‌ای را هیدروژن‌سوز می‌کند

امیر نیک‌رو

۳۰ شهریور ۱۳۹۹ | ۰۹:۰۰ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۵ دقیقه

یک استارتاپ که در زمینه‌ی سوخت‌های هیدروژنی فعالیت دارد، از طرحی رونمایی کرده که می‌تواند به استفاده‌ی سریع‌تر هواپیماهای منطقه‌ای از سوخت هیدروژنی کمک کند.

شرکت «یونیورسال هیدروژن» (Universal Hydrogen) که یک استارتاپ مستقر در کالیفرنیا است، توسط پائول ارمنکو (Paul Eremenko)، مدیر ارشد فناوری سابق ایرباس هم‌بنیان‌گذاری شده و این طرح را برای تبدیل هواپیماهای تجاری منطقه‌ای به سوخت هیدروژنی ارائه داده است.

لزوم استفاده از سوخت هیدروژن

این شرکت می‌گوید پیش از آنکه شرکت‌های هواپیماسازی، هواپیماهای جدید را با سامانه‌های پیشرانش هیدروژنی به‌عنوان یک سامانه‌ی استاندارد تولید کنند، مدل تجاری ارائه شده می‌تواند خطوط هوایی را برای تطبیق زودتر هواپیماهای خود با سوخت‌های هیدروژنی و رفتن به سمت هواپیماهای کربن خنثی تشویق نماید. پیش از این نگاه دولت‌ها هم به سوخت هیدروژن برای توسعه‌ی پایدار صنعت جلب شده است. از جمله اتحادیه‌ی اروپا چند ماه پیش طرحی را با عنوان استراتژی هیدروژن منتشر کرد.

از نگاه ارمنکو و همکارانش هیدروژن تنها مسیر روشن برای صنعت هواپیمایی در دستیابی به کربن‌زدایی واقعی است و در حال حاضر، پیچیدگی زیرساخت‌های لازم، مانع اصلی کاربرد گسترده‌ی آن است.

شرکت یونیورسال هیدروژن که هفت ماه پیش ایجاد شده، اخیرا طرحی را برای تأمین دوباره‌ی موتور هواپیماهای منطقه‌ای Dash 8 و ATR 42 با پیشرانه‌ی الکتریکی پیل سوختی و ماژول‌های هیدروژن قابل شارژ ارائه کرده است. این ماژول‌ها مستقیما از تأسیسات تولید هیدروژن به هواپیما منتقل می‌شوند. این شرکت در ازای قراردادهای بلندمدت تأمین هیدروژن برای هواپیماها، تمام یا بخشی از هزینه‌های کیت تبدیل این سامانه‌ی پیشرانش تازه را تأمین می‌کند.

فرآیند سوخت‌رسانی

به گفته‌ی ارمنکو تأمین هیدروژن به همان روشی که در حال حاضر سوخت‌رسانی هواپیماها انجام می‌شود، از طریق کشتی‌ها، خطوط لوله و کامیون‌های حمل سوخت، هزینه‌ی زیادی دارد. او اشاره کرد: «زیرساخت، اصلی‌ترین مشکل است و راه‌حلی که ما در حال ساخت آن هستیم یک رویکرد مناسب اقتصادی برای رساندن هیدروژن به هر فرودگاه در جهان است.»

راه حل «یونیورسال هیدروژن» این است که با سوخت به‌عنوان یک بار خشک رفتار شود و راهی ایمن و کارآمد برای رساندن سوخت هیدروژنی به خطوط هوایی درنظر گرفته شود. ماژول‌های این شرکت که ابعادی در حدود ۲ متر در ۹۰ سانتی‌متر دارند، می‌توانند هیدروژن را به صورت گاز مایع یا فشرده حمل کنند تا از طریق تجهیزات استاندارد بارگیری یا لیفتراک در پشت هواپیما بارگیری شود.

فرآیند انتقال سوخت هیدروژن از کارخانه به هواپیما
Credit: Universal Hydrogen

طبق گفته‌ی این شرکت هواپیماهایی به اندازه‌ی Dash 8 یا ATR 42 با هیدروژن فشرده، برد قابل قبول ۷۴۰ کیلومتر و با هیدروژن مایع برد ۱۰۰۰ کیلومتری ارائه می‌دهند. این بدان معناست که می‌توانند به ترتیب حدود ۷۵ درصد و ۹۵ درصد از مسیرهای پروازی فعلی این مدل هواپیماها را پوشش دهند.

تجهیزات لازم برای هیدروژن‌سوز کردن هواپیما

ماژول‌های هیدروژن در بخش عقب هواپیما بارگیری می‌شود و در محفظه‌ای قرار می‌گیرد که جایگزین دو ردیف صندلی آخر است. این موضوع باعث کاهش ظرفیت هواپیما از حدود ۵۰ به ۴۰ مسافر می‌شود اما یونیورسال هیدروژن می‌گوید که هزینه‌ی پرواز هر صندلی در یک مسافت مشخص ثابت خواهد ماند.

لوله‌کشی سوخت ماژول‌ها، برای تأمین انرژی ملخ‌های هواپیما، از طریق بدنه و بال‌ها به هر دو محفظه‌ی موتور که پیل‌های سوختی و موتورهای الکتریکی در آن نصب شده است، انتقال می‌یابد. اساسا ماژول‌های هیدروژن جای باتری‌ها را در پیشرانه‌های تمام الکتریکی می‌گیرد.

گفتنی است در ۱۵ سپتامبر (۲۵ شهریور) نیز «مگنیکس» (MagniX) یکی از شرکت‌های پیشگام صنعت برق، اعلام کرد که به منظور ساخت یک جفت سیستم پیشرانه‌ی الکتریکی ۲ مگاواتی برای کیت تبدیل به سوخت هیدروژنی، با یونیورسال هیدروژن همکاری خواهد کرد.

این شرکت مستقر در واشنگتن در حال حاضر تلاش می‌کند تا نسخه‌های الکتریکی هواپیماهای Twin Otter و Beaver شرکت دی هاویلند کانادا را توسعه دهد. شرکت هواپیمایی منطقه‌ای «هاربو ایر» (Harbour Air) کانادا قصد دارد ناوگان خود را با مدل‌های الکتریکی Beaver جایگزین نماید.

یونیورسال هیدروژن می‌گوید که وزن اضافی ماژول‌های سوخت هم با حذف دو ردیف صندلی متعادل می‌شود و تغییرات بدنه و پشیرانش منجر به افزایش حداکثر وزن برخاست هواپیما نخواهد شد.

دریافت گواهینامه

به‌عنوان بخشی از فرآیند صدور گواهینامه‌ی تکمیلی هواپیما برای تبدیل سامانه‌ی پیشرانش، این شرکت باید آزمایش سقوط، انفجار و تخلیه را روی ماژول‌ها انجام دهد. هرچند از آزمایش‌های گسترده‌ی انجام شده توسط ناسا صنعت خودروسازی، به خوبی مشخص شده است که بنزین بسیار انفجاری‌تر از هیدروژن است. هیدروژن به سرعت می‌سوزد و به جای اینکه ماشین را در بر بگیرد، از نقطه‌ی اشتعال به سمت بالا می‌رود.

در طرح تجاری یونیورسال هیدروژن اعلام شده که این شرکت برای صدور گواهینامه‌ی تبدیل قابل قبول در تعمیر، نگهداری و تعمیرات اساسی هواپیما اقدام خواهد کرد. چنین کاری معمولا در هنگام عملیات تعمیرات عمده‌ی هواپیما اتفاق می‌افتد. این شرکت تخمین می‌زند که بیش از ۲۲۰۰ هواپیمای مسافربری منطقه‌ای مناسب برای تبدیل در سراسر جهان وجود داشته باشد.

در حالی که یونیورسال هیدروژن معتقد است که می‌تواند نخستین هواپیمای تبدیل شده را پیش از پایان سال ۲۰۲۴ به خدمات تجاری وارد کند، اما در بلندمدت این شرکت به دنبال مشارکت با هواپیماسازان برای تأمین سامانه‌های پیشرانش هیدروژنی هواپیماهای جدید این شرکت‌هاست. ارمنکو در این زمینه گفت: «در اواخر سال ۲۰۲۰ بویینگ، ایرباس و کماک درباره‌ی هواپیماهای تک راهروی جدید خود تصمیم می‌گیرند و این احتمال وجود دارد که این هواپیماها به سوخت هیدروژنی مجهز شوند.»

او که بین سال‌های ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۸ در ایرباس کار کرده است، تأکید کرد که علت تأسیس «هیدروژن یونیورسال» این بوده که از سوی شرکت‌های بزرگ هوافضا پیشرفت عمده‌ای در زمینه‌ی فناوری‌های پیشگامانه‌ی هیدروژن نمی‌بیند.

هرچند از اواخر سال گذشته، ایرباس به طور فزاینده‌ای تمایل خود را برای استفاده از پیشرانه‌ی هیدروژنی نشان داده است که می‌تواند در پی آموخته‌هایش از آزمایش‌های هواگردهای عمودپرواز الکتریکی و بر پایه‌ی باتری خود باشد. بویینگ هم در ماه‌های گذشته گزارش سالانه‌ی زیست‌محیطی خود را منتشر کرد که در آن بیش از هر سال دیگری بر کربن-خنثی شدن فعالیت‌های خود تأکید کرده است.

ظرفیت هیدروژن مایع، به شکلی سریع در سراسر جهان گسترش می‌یابد و تولیدکنندگان از طریق فرآیند الکترولیز سوخت را تولید می‌کنند که هیدروژن و اکسیژن آب را جدا می‌کند. هرچند به جز روش‌های سنتی تولید هیدروژن، شرکت‌های دیگری هم روش‌هایی نوآورانه را برای تولید هیدروژن به‌کار گرفته‌اند و هر چه بیشتر به سمت صنعت بدون آلاینده‌های کربنی گام برمی‌دارند.