Motoarele pe Hidrogen și Industria Aviației

Hidrogenul este cea de-a treia opțiune de combustibil în industria auto, dominată în prezent de duo-ul dintre combustibilii fosili clasici și curentul electric. Din păcate, investițiile în infrastructura specifică și mașinile pe hidrogen sunt aproape inexistente în această industrie, dar nu și în aviație. Care sunt așadar progresele pe care le face și provocările pe care le întâlnește aviația în acest domeniu nou și cum s-ar putea transpune ele în industria auto?

Motoarele pe hidrogen pot funcționa pe baza a două principii diferite: motoare cu combustie internă și motoare cu celulă de combustibil. După cum sugerează și numele, motoarele cu combustie internă funcționează la fel ca orice alt motor clasic, folosind hidrogen în loc de benzină sau motorină, având însă emisii de CO2 aproape de zero, producând doar o cantitate mică de oxizi de azot (cunoscuți și sub denumirea de noxe). Motoarele cu celulă de combustibil nu au combustie, ci se bazează pe o reacție chimică între hidrogenul din rezervor și oxigenul din atmosferă, care produce electricitate, căldură, și apă. Astfel, singurele emisii ale unui astfel de motor sunt vaporii de apă, iar mașinile care folosesc acest sistem funcționează, din perspectiva șoferului, la fel ca orice altă mașină electrică. Cu excepția notabilă a celor de la Toyota, prin modelul Mirai, industria auto nu a investit încă în soluții serioase pentru a integra hidrogenul în funcționarea mașinilor, în schimb industria aviației vede un potențial semnificativ într-un combustibil la fel de puternic, dar mult mai puțin mai poluant prin comparație cu opțiunile clasice.

Una din problemele principale cu care se confruntă și autovehiculele electrice este infrastructura de încărcare, extrem de înceată și nedezvoltată. Din ce în ce mai multe stații de încărcare apar în benzinării, dar suntem extrem de departe de a avea stații de încărcare în fiecare benzinărie. A reîncepe acest proces pentru a oferi și un al treilea combustibil în la fel de multe locații ar fi un proces anevoios, dar o soluție creativă este în dezvoltare pentru a ataca această problemă la nivelul aviației. Compania Universal Hydrogen a creat rezervoare modulare de hidrogen care pot fi schimbate pe loc, înlocuind rezervorul gol cu unul plin într-un timp foarte scurt, soluție care este mult mai ușor de implementat decât un sistem cu pompe puternice care să furnizeze hidrogen lichefiat sau presurizat. Astfel de soluții sunt deja în dezvoltare pentru vehiculele electrice, cu baterii interschimbabile oferite de compania chinezească Nio și producătorul de mașini mici Silence, iar tehnologia folosită de Universal Hydrogen pentru rezervoarele avioanelor ar putea fi transpusă în industria auto la nivel de materiale și procese de producție.

O altă provocare specifică hidrogenului este starea în care acesta trebuie stocat în rezervorul mașinii. Există două variante posibile de a stoca hidrogenul în rezervoare: în stare lichidă, sau presurizat. Industria aviației se folosește de hidrogen lichefiat, dar această soluție nu poate fi transpusă pe autovehicule, deoarece hidrogenul lichid trebuie păstrat la temperatura de 20 de grade Kelvin (sau -253 de grade Celsius), iar mașinile convenționale nu dispun de suficient spațiu pentru implementarea unui sistem de răcire atât de puternic. Din fericire, producătorii de autovehicule au experiență cu stocarea gazelor presurizate, rezervoarele pe CNG fiind presurizate la aproximativ 200-250 de bari. Tehnologia există deja și pentru a stoca hidrogenul la presiuni între 350 și 700 de bari.

Un alt motiv pentru care aviația își îndreaptă atenția spre hidrogen este faptul că un kilogram de hidrogen produce aproximativ de 3 ori mai multă energie decât un kilogram de petrol. Astfel, putem obține aceeași putere și autonomie cu de 3 ori mai puțină greutate. Rezervorul este mai dens, dar atunci când este cuplat cu tehnologia celulei de combustibil poate lăsa liber spațiul ocupat de un motor tradițional pe combustie, eliberând astfel un volum mare, care poate fi folosit pentru un al doilea portbagaj, similar cu implementările găsite adesea pe mașinile electrice.

O ultimă provocare a vehiculelor pe hidrogen este procesul de obținere al acestuia. Hidrogenul este omniprezent în natură și poate fi extras din orice substanță care îl conține. În prezent, 95% din hidrogenul produs este extras din alte hidrocarburi, însemnând că pentru a putea fi folosit, producătorul are nevoie în primul rând de combustibili fosili, ceea ce neagă valoarea hidrogenului drept combustibil sustenabil. Totuși, investițiile industriei aviației și colaborarea cu Consiliul Hidrogenului au dus la promovarea și eficientizarea procedeelor curate de obținere a hidrogenului, precum electroliza apei folosind energie regenerabilă, sau reformarea gazului natural cu captarea și stocarea emisiilor. Proiectele cele mai ambițioase din aviație, precum Airbus ZEROe (care plănuiește să lanseze primele aeronave comerciale pe hidrogen până în 2035), depind de hidrogenul produs în mod sustenabil pentru a-și putea îndeplini scopul de a zbura cu efect zero net asupra mediului. Dezvoltarea procedeelor de obținere eficientă a hidrogenului verde poate deveni așadar un beneficiu și pentru industria auto.

Sursă foto: Airbus