Europa testează cum ar putea arăta avionul pe hidrogen pentru zboruri scurte și medii

Europa a făcut un pas tehnic important spre avionul comercial alimentat cu hidrogen lichid. Proiectul FASTER-H2, finanțat prin Clean Aviation, a validat la nivel de laborator mai multe soluții pentru integrarea rezervoarelor de hidrogen într-un avion pentru zboruri scurte și medii, categoria folosită astăzi pentru multe curse europene.

Pe scurt

1. Proiectul FASTER-H2 a rulat din ianuarie 2023 până în decembrie 2025.

2. Bugetul total a fost de 29 de milioane de euro, dintre care 22 de milioane din fonduri ale Uniunii Europene.

3. Cercetătorii au validat mai multe arhitecturi de integrare a rezervoarelor de hidrogen lichid în fuselaj, până la Technology Readiness Level 3.

4. Proiectul a testat metode de analiză a rezistenței la impact și materiale compozite expuse la scurgeri și incendii cu hidrogen.

5. Rezultatele vor alimenta programul Airbus ZEROe, care urmărește dezvoltarea unui avion comercial cu emisii zero, cu intrare în serviciu în jurul anului 2035.

Hidrogenul lichid este una dintre opțiunile analizate pentru reducerea emisiilor din aviație, mai ales pe rutele scurte și medii. Un kilogram de hidrogen conține aproximativ 120 de megajouli de energie, față de aproximativ 43 de megajouli pentru un kilogram de combustibil de aviație. Arderea hidrogenului sau folosirea lui într-o pilă de combustie nu produce direct dioxid de carbon, ci vapori de apă.

Problema este că hidrogenul nu poate fi folosit într-un avion ca un combustibil obișnuit. Pentru a rămâne lichid, trebuie păstrat la -253°C, în rezervoare criogenice mari și complexe. Aceste rezervoare nu pot fi introduse în aripi, cum se întâmplă cu combustibilul convențional, ci au nevoie de spațiu dedicat în fuselaj.

Această schimbare afectează forma avionului, distribuția greutății, accesul pentru mentenanță, siguranța la sol, protecția pasagerilor și modul în care structura se comportă în caz de accident. Un avion pe hidrogen nu este doar un avion clasic cu alt combustibil, ci o arhitectură nouă.

FASTER-H2 a fost creat pentru a testa aceste probleme de bază înainte de trecerea la demonstratoare mai mari. Numele complet al proiectului este Fuselage, Rear Fuselage and Empennage with System Architecture Solution Validation and Technologies for H2 Integration in a Future Short-Medium-Range Aircraft.

Consorțiul a reunit 33 de parteneri: 13 industriali, 10 organizații de cercetare și tehnologie, 6 universități și Agenția Uniunii Europene pentru Siguranța Aviației. Airbus Operations GmbH a coordonat proiectul, iar printre participanți s-au aflat centre de cercetare, universități, producători de componente aeronautice și laboratoare de testare.

Prima direcție de lucru a fost integrarea rezervoarelor. Cercetătorii au analizat unde pot fi amplasate rezervoarele de hidrogen lichid într-un avion de scurt și mediu curier, cum pot fi conectate la sistemele avionului și cum pot fi accesate pentru verificări, mentenanță și operațiuni la sol. Configurațiile promițătoare au fost aduse la Technology Readiness Level 3, nivel care indică validarea conceptului în laborator.

A doua direcție a fost rezistența la impact. Pentru avioanele convenționale există decenii de date privind comportamentul structurii în accidente. Pentru un avion cu rezervoare criogenice de hidrogen lichid, aceste date abia încep să fie construite. FASTER-H2 a dezvoltat metode speciale de analiză și optimizare pentru protejarea rezervoarelor în scenarii de accident supraviețuibil.

Centrul German Aerospațial, DLR, a lucrat împreună cu Airbus, NLR și ONERA la soluții de instalare a rezervoarelor care să limiteze solicitările în cazul unei aterizări dure sau al unui impact. Conceptul include o structură de prindere cu un element special de limitare a sarcinii, testată prin simulări și experimente dinamice.

A treia direcție a vizat materialele și siguranța în cazul scurgerilor sau incendiilor. Proiectul a testat componente din Carbon Fibre Reinforced Plastic, material compozit folosit deja pe scară largă în avioanele moderne. Airbus A350, de exemplu, are 53% din structură realizată din materiale compozite.

Materialele compozite sunt ușoare și rezistente, dar comportamentul lor într-un mediu cu scurgeri de hidrogen și incendiu trebuie verificat separat. Hidrogenul arde diferit față de combustibilul de aviație, iar temperaturile, reacțiile și scenariile de risc nu sunt identice. FASTER-H2 a creat un set de date de bază pentru viitoarele reguli de proiectare și certificare.

Proiectul nu a construit un avion gata de zbor. Rezultatul este o bază tehnologică pentru următoarea etapă: demonstratoare mai mari, testate în condiții mai apropiate de realitatea operațională. Trecerea următoare este de la Technology Readiness Level 3 la Technology Readiness Level 4, adică de la validare de laborator la demonstrarea conceptului într-un mediu relevant.

Rezultatele vor fi folosite în programul Airbus ZEROe, prin care compania explorează mai multe concepte de avion comercial cu emisii zero. Ținta menționată pentru intrarea în serviciu este în jurul anului 2035. Datele produse de FASTER-H2 vor conta mai ales pentru deciziile privind fuselajul, zona din spate a avionului și integrarea rezervoarelor.

Clean Aviation prezintă proiectul ca o etapă de construcție a cunoștințelor, nu ca o soluție finală. Domeniul rămâne dificil: hidrogenul lichid cere infrastructură specială, noi reguli de certificare, soluții de siguranță, lanțuri de aprovizionare și aeroporturi pregătite pentru operare.

Pentru aviația europeană, miza este dublă. Pe de o parte, reducerea emisiilor din transportul aerian cere tehnologii noi, nu doar îmbunătățiri ale avioanelor actuale. Pe de altă parte, companiile, universitățile și centrele de cercetare care dezvoltă acum soluții pentru hidrogen pot avea un avantaj industrial dacă avioanele pe hidrogen ajung în serviciu comercial în anii 2030.

Clean Aviation este un parteneriat european de cercetare și inovare pentru reducerea impactului climatic al aviației. Programul urmărește trei direcții principale: aeronave regionale ultraeficiente, aeronave ultraeficiente pentru zboruri scurte și medii și arhitecturi de avion alimentate cu hidrogen.

FASTER-H2 a fost una dintre componentele dedicate integrării hidrogenului lichid în structura avionului. Rezultatele nu înseamnă că aviația pe hidrogen este deja pregătită pentru piață, ci că Europa a validat primele soluții tehnice pentru problemele de bază ale fuselajului, rezervoarelor, siguranței la impact și materialelor.