Каковы основные проблемы водорода?

Прежде чем самолеты с водородным двигателем станут реальностью, необходимо решить проблемы хранения водорода, цепочки поставок и инфраструктуры.

Водород имеет в три раза большую плотность энергии, чем топливо для реактивных двигателей. Водородные двигатели не производят углекислый газ и оксиды азота. Жидкий водород можно использовать для процесса сгорания в газотурбинных двигателях.

Альтернативно, электроэнергия, вырабатываемая водородными топливными элементами, обеспечивает питание двигателей. Несмотря на то, что водород является многообещающей альтернативой реактивному топливу, наиболее серьезные проблемы остаются.

Одной из наиболее серьезных проблем жидкого водорода является его объемная плотность. Поскольку водород значительно легче реактивного топлива, его объемная плотность в четыре раза хуже. Другими словами, жидкого водорода требуется на самолете в четыре раза больше, чем топлива для реактивных двигателей. Следовательно, бортовое хранение жидкого водорода является сложной задачей для производителей самолетов.

Криогенные баллоны необходимы для хранения жидкого водорода, сохраняя при этом минимальный объем. Криогенные баллоны могут хранить водород при температуре примерно -420 градусов F (-250 градусов C). Температура глубокого замерзания означает использование специальных материалов, более толстых стенок и достаточной изоляции между стопками баллонов.

Требуемый вес водорода может составлять лишь около трети реактивного топлива, но необходимость в гораздо большем объеме увеличивает конструктивный вес самолета. Хотя реактивное топливо можно удобно хранить в крыльевых баках, водородные баллоны будут слишком большими в диаметре, чтобы поместиться в крылья.

Одна из старых конструкций криопланов, предложенных Airbus, состояла из баков с водородом в фюзеляже, над пассажирским салоном. Альтернативная конструкция также демонстрировала большие цилиндрические баки, установленные на внешних крыльях.

Водород плавится из твердого состояния в жидкость при -434 градусах F (-259 градусах C) и кипит в газообразное состояние при -423 градусах F (-253 градусах C). Идеальным состоянием для хранения и потребления водорода является жидкое состояние. Сжижение водорода потребляет почти четверть всей энергии, что снижает общую эффективность системы на основе водорода.

Важно не только контролировать температуру, но и предотвращать утечку преамбулы во время хранения, транспортировки и заправки. Если температура превышает -423 градуса F (-253 градуса C), в резервуаре может образоваться слой газообразного водорода. Во время заправки газообразный водород может быть потерян из-за испарения.

Хотя нетоксичность водорода позволяет ему выбрасываться в атмосферу, это, несомненно, является потерей потенциальной энергии, если не управлять ею должным образом.

Водород сгорает намного быстрее, чем природный газ, и требует контролируемого процесса горения. Airbus предлагает водород в качестве «топлива» для сжигания в качестве одного из вариантов использования водородной технологии в своем проекте ZEROe. В таком случае необходимо обеспечить активный контроль горения, чтобы учесть более широкую воспламеняемость и высокую скорость горения водорода.

Примечательно, что использование водорода в виде примеси к природному газу, скажем, около 15-20% вполне осуществимо при существующей технологии. General Electric поддерживает многочисленные газовые турбины, обеспечивающие выработку электроэнергии с различными концентрациями водорода.

Еще одной проблемой является создание инфраструктуры, поддерживающей самолеты с водородными двигателями. Хотя Airbus рассчитывает достичь уровня технологической готовности для двигательной установки, работающей на водороде, к 2025 году, создание инфраструктуры может оказаться сложной задачей.

Безопасная и экономичная транспортировка летучего жидкого водорода в места по всему миру станет логистической проблемой. Более того, параметры безопасности, связанные с регулярным обслуживанием, хранением и заправкой самолетов, потребуют строгих правил. Аэропортам по всему миру приходится заново изобретать инфраструктуру для поставок и хранения водорода.

В то время как производители проводят обширные исследования по использованию водородных технологий для питания самолетов, необходимо решить проблемы с хранением водорода, цепочкой поставок и инфраструктурой.

Считаете ли вы, что производители самолетов найдут эффективные решения проблем водородных технологий? Расскажите нам в разделе комментариев.