Letadlo budoucnosti létá na vodík

ABSTRACT: The future of decarbonised aviation belongs to hydrogen; that was the message of this year's Paris Air Show. The first hydrogen-powered aircraft might be in commercial operation between 2025 and 2035.

Letectví představuje asi 3 % celosvětových emisí skleníkových plynů. Toto odvětví však rychle roste a spolu s tím i množství škodlivin. Letecké společnosti a některé průmyslové skupiny se sice zavázaly snížit emise na nulu do roku 2050, v současnosti je však letecká doprava bez fosilních paliv nemyslitelná.

Jedno z možných řešení představují vodíkové palivové články, do nichž mnohé společnosti vkládají velké naděje. O citelném snižování emisí však bude podle odborníků možné hovořit teprve tehdy, pokud se tato technologie uplatní ve velkých letadlech.

CO ZKOUŠÍ AIRBUS

Airbus se zaměřuje na dvě možnosti pohonu: na palivové články a na vodík jako přímou fosilní náhradu. Konstruktéři zkoumající využití palivových článků počítají s letadlem pro téměř 100 cestujících, jež by mělo šest vrtulí. Mohlo by sloužit na krátké vzdálenosti, tedy až tři hodiny letu. Technologie zatím není vhodná na delší vzdálenosti. Ale vodík jako palivo není takto omezen a má tudíž poten­ciál nahradit fosilní paliva. Airbus v současnosti testuje především plynný vodík. Zkušební letadla jsou zatím vybavena běžnými nádržemi. Pro kapalný vodík by musely být vyvinuty a postaveny nové cisternové kontejnery.

V rámci Airbusu řídí projekt bezemisního letadla především Španělsko, které je spolu s Německem a Francií jedním ze zakladatelů a spolumajitelů společnosti. Španělsko nejen definovalo odvětví letectví jako strategické, ale také vyčlenilo pět miliard eur na výzkum technologií pro snižování oxidu uhličitého. A španělští zástupci na pařížské výstavě také řekli: „Vodík je nejvhodnější náhrada za fosilní paliva.“

Společnost Airbus se netají ambicí vyvinout první komerční letadlo na vodíkový pohon na světě do roku 2035. Výzkumný a vývojový projekt ZEROe umožňuje Airbusu prozkoumat různé možnosti konfigurací a technologií, které budou formovat vývoj budoucích vodíkových letadel.

Airbus testuje tři varianty ZEROe jako hybridní vodíková letadla. Jsou poháněna spalováním vodíku prostřednictvím upravených motorů s plynovou turbínou. Vodíkové palivové články navíc vytvářejí elektrickou energii, která doplňuje plynovou turbínu, což vede k vysoce účinnému hybridně-elektrickému pohonnému systému. Všechny tyto technologie se doplňují.

Už v loňském roce spustil Airbus demonstrátor ZEROe s cílem otestovat technologii spalování vodíku na multimodální platformě A380. Prostřednictvím pozemního a letového testování očekává, že do roku 2025 dosáhne vyspělé technologické úrovně připravenosti pro pohonný systém se spalováním vodíku.

Airbus ZEROe Turbofan Concept se skládá ze dvou hybridně-vodíkových turboventilátorových motorů zajišťujících tah. Systém skladování a distribuce kapalného vodíku je umístěn za zadní tlakovou přepážkou.

Zdroj: Airbus

PRVNÍCH DESET MINUT

Také další výrobci letadel se zaměřují na vodík. Z letiště v Cotswold ve Velké Británii odstartoval v polovině ledna nový letoun společnosti ZeroAvia, jež patří k lídrům ve vývoji vodíkových elektrických systémů pro letadla. Jednalo se o let odložený z loňského léta.

Testovací let 19místného letounu poháněného částečně vodíkovými palivovými články byl výrobcem označen za rekordní, přestože trval v celku jen asi 10 minut. Během letu byly levé motory letadla poháněny kombinací vodíkových palivových článků a baterií, zatímco pravá strana spoléhala na fosilní palivo. Sedadla zkušebního letadla byla vyjmuta, aby se uvolnilo místo pro pohonný systém s palivovými články a vodíkové nádrže, které jej pohánějí. Jedná se o upravené letadlo Dornier 228 a jde o největší stroj, který společnost ZeroAvia zatím vyrobila.

Akumulátory dodávaly po celý let levé straně letadla asi 50 % energie, zatímco zbývajících 50 % pokrýval systém z vodíkových palivových článků. Pohon letadla by sice mohl být plně pokryt energií uloženou v bateriích, jejich hmotnost však výrazně omezuje dolet.

Reakcí vodíku s kyslíkem obsaženým ve vzduchu generují palivové články elektřinu pohánějící letadlo, přičemž do atmosféry tento systém vypouští pouze vodu.

Firma založená v roce 2017 již několik let provádí testovací lety s menšími letadly s různým stupněm úspěchu. Od investorů, například od United Airlines a American Air­lines, Breakthrough Energy Ventures či fondu energetického podnikání Billa Gatese, už na financování svých ekologizačních snah získala více než 140 milionů dolarů. Společnost také obdržela více než 1 500 předobjednávek na své systémy s vodíkovými palivovými články.

Navzdory zpožděním a problémům s testováním firma ZeroAvia tvrdí, že je stále na dobré cestě ke splnění svých dříve oznámených plánů na komerční spuštění letů v roce 2025. Ostatně na pařížském aerosalonu objednala 250 vodíkových elektrických motorů u ZeroAvia společnost Air Cahana. Je první leteckou společností, která byla vytvořena s jednoznačným posláním dekarbonizace letectví, a zaměřuje se na Kalifornii a západní pobřeží Spojených států.

Výrobce leteckých motorů ZeroAvia také podepsal smlouvu s pronajímatelem letadel Green Aerolease, který rovněž chce vodíkové motory ZA600 zařadit do své flotily. Bude je prý využívat francouzský regionální letecký dopravce Finistair.

V den zahájení pařížského leteckého veletrhu oznámila společnost ZeroAvia další vývoj na své cestě k létání s vodíkem a elektřinou.

Vodíkový motor vyvíjí mnoho dalších leteckých firem. Většina z nich ale nepředpokládá, že by jejich letadla mohla být nasazena v běžném provozu před rokem 2035.

ZeroAvia postupuje mnohem rychleji, protože nekonstruuje zcela nové letadlo. Pracuje na modelu Dornier 228, konvenčním letadle s dvěma vrtulemi pro 19 osob, které normálně létá na kerosin. Jeden motor byl nahrazen elektrickým motorem, elektřina se vyrábí na palubě pomocí vodíkového palivového článku. Po dobu testování zůstává druhý motor poháněný kerosinem pro případ poruchy. Jakmile se technologie osvědčí, oba motory budou poháněny elektřinou z vodíkového palivového článku.

Letadlo Dornier 228 s vodíkovým motorem dokáže přepravit asi 12 cestujících, může uletět 250 až 310 mil, tedy 400 až 500 kilometrů, což je zhruba cesta z Londýna do Paříže. Do roku 2027 firma plánuje větší vodíkový motor, který by byl schopen pohánět letadlo asi pro 50 cestujících a urazit vzdálenost téměř 620 mil, tedy 1000 kilometrů.

Výrobce leteckých motorů ZeroAvia podepsal smlouvu s pronajímatelem letadel Green Aerolease, který chce vodíkové motory ZA600 zařadit do své flotily.

Zdroj: ZeroAvia

POTŘEBA NOVÉ INFRASTRUKTURY

Letecký průmysl potřebuje vytvořit zcela novou infrastrukturu: centra pro výrobu vodíku, síť pro dopravu paliva na letiště, skladování na letištích, zkrátka všechno. A vodík se také od běžného kerosinu velmi liší. Společnost ArianeGroup už podepsala smlouvu s Airbusem na poskytování infrastruktury pro letadla napájená kapalným vodíkem.

ArianeGroup tak hodlá podpořit vodíkový demonstrační program Airbusu. Jeho cílem je otestovat prototyp letadla na vodíkový pohon na zemi i ve vzduchu v rámci přípravy na start letadla s nulovými emisemi, který je plánován na rok 2035. Letadlo A380 bude použito jako létající zkušebna. ArianeGroup byla vybrána na základě předložené koncepce konstrukce a provozu pozemního tankovacího systému k plnění a vypouštění kapalného vodíku z nádrží A380. Celkový systém bude vyvinut týmy ArianeGroup ve Vernonu (Francie) a bude instalován v závodě Airbusu v Toulouse.

EVROPA SE ROZHODLA

Letošní letecký veletrh v Paříži potvrdil, že se Evropa rozhodla pro vodík. Dokazuje to i projekt EU. Vyvíjí 19místné letadlo na vodíkový pohon, které zvýší konektivitu mezi malými městy, od malých letišť po hlavní uzly. Nový koncept dopravního letadla, který by mohl vést k udržitelné a nákladově efektivní letecké mobilitě v Evropě, navrhuje slovinský výrobce lehkých letadel Pipistrel. S uvedením do provozu se počítá do roku 2030.

Letoun s názvem Miniliner se vyvíjí s podporou projektu UNIFIER19 financovaného EU, pro který firma Pipistrel - koordinátor projektu - spojila své síly s akademickými partnery Polytechnic University of Milan a Delft University of Technology.

Cílem UNIFIER19 je nabídnout službu, která vzájemně propojí dosud málo využívaná menší letiště. Očekává se, že letadlo s nulovými emisemi podstatně sníží provozní náklady a zajistí ekologickou, tichou a rychlou dopravu.

„Současná letadla v tomto segmentu spoléhají na 40 let staré konstrukce poháněné turbovrtulovými motory, jež jsou hlučné a náročné na údržbu,“ uvádí Pipistrel na svém webu. „Miniliners umožňuje snížení přímých provozních nákladů o 30 až 40 % ve srovnání s dnešními řešeními.“ Letoun bude navíc schopen přistávat a vzlétnout z drah kratších než 1 km, včetně travnatých přistávacích ploch na malých letištích.

A CO AMERIKA?

Jednoho jasného rána letošního března odstartovalo malé modrobílé letadlo společnosti Universal Hydrogen z letiště u Moses Lake v centru Washingtonu. Létalo 15 minut ve výšce asi 3500 stop, než bezpečně přistálo. Byl to turbovrtulový letoun De Havilland Dash 8-300 přezdívaný Lightning McClean. Byl pozoruhodný tím, že měl jeden běžný motor a jeden elektrický, napájený vodíkovým palivovým článkem. Během testu létal převážně na vodíkovém motoru – což z něj podle Universalu udělalo největší letadlo, které létalo díky vodíku.

Pro tento americký start-up založený v roce 2020 to byl také další krok na cestě dokázat, že vodíková energie je životaschopným způsobem dekarbonizace letecké dopravy. V jeho čele stojí Pavel Jeremenko, rodák z Ukrajiny, který přišel ve 13 letech s rodiči do USA a vystudoval Caltech v Kalifornii. Universal, jak říká, nesoupeří s Airbusem nebo Boeingem, ale snaží se vyřešit problém, kterému čelí všichni výrobci letadel: „Jak dostat vodík z místa výroby na letiště a do letadla bez souběžné investice do kapitálové infrastruktury“.

Hlavní pilíř obchodního modelu společnosti Universal je založen na dodávání vodíku v modulárních kapslích, které budou používat letadla Boeing a Airbus s jednou uličkou. Společnost je bude dodávat především pro regionální letadla, v nichž budou uloženy v zadní části trupu. Elektrický pohon s palivovými články by nahradil stávající turbovrtulové motory.

Ukládání vodíkových kapslí do letadla 

Zdroj: Universal Hydrogen

Tento přístup, říká Jeremenko, bude levnější než jiná řešení a vodíková modernizace regionálního dopravního letadla by mohla být v provozu již v letech 2025/2026.

Letouny by nevyžadovaly radikální přestavbu. Místo toho, aby byly poháněny elektrickou energií z palivových článků, měly by proudové motory, které mohou spalovat vodík.