Ревът на реактивен двигател е звукът на връзката, на глобалния бизнес, на прогреса. Но в продължение на десетилетия този звук е бил на цена за околната среда. Авиационната индустрия е на кръстопът, изправена пред огромен натиск за декарбонизация. Като собственик на фабрика, която произвежда индустриални газове, аз, Алън, имам място на първия ред за технологичните промени, които ще определят бъдещето. Един от най-вълнуващите е преминаването към авиация, задвижвана с водород. Тази статия е за бизнес лидери като Марк Шен, които са остри, решителни и винаги търсят следващата голяма възможност. Това е дълбоко гмуркане в света на течен водород като авиация гориво, разбивайки сложната наука в практически бизнес прозрения. Ще проучим технологията, предизвикателствата и защо този преход представлява огромна възможност за тези във веригата за доставки на индустриален газ.

Защо авиационната индустрия търси алтернативно гориво на керосина?

Повече от половин век, авиационна индустрия е разчитал почти изключително на джет гориво получен от керосин. Той е енергийно плътен, относително стабилен и ние изградихме масивна глобална инфраструктура около него. Въздействието върху околната среда обаче е неоспоримо. В момента авиацията представлява около 2,5% от глобалните емисии на CO₂, но нейният принос за изменението на климата е още по-голям поради други ефекти като азотни оксиди (NOx) и обратни следи. Тъй като глобалният натиск за устойчивост нараства, авиокомпаниите и самолет производителите знаят, че статуквото вече не е опция.

Регулаторните органи и потребителите изискват по-чист начин за летене. Това предизвика надпревара за намиране на жизнеспособен алтернативно гориво. Докато опции като устойчива авиация гориво (SAF) предлагат краткосрочно решение чрез рециклиране на съществуващ въглерод, те не елиминират емисиите при източника. Крайната цел е полет с нулеви емисии и тук се намесва водородът. Преходът към нов източник на енергия за самолет не е просто екологична необходимост; това е технологична революция, която ще прекрои всичко космическото пространство сектор. За бизнеса във веригата на доставки разбирането на тази промяна е първата стъпка към капитализирането й.

Това търсене на чист полет разширява границите на космическа техника. Предизвикателството е да намерите a гориво които могат да захранват голяма реклама самолет на огромни разстояния, без да произвежда парникови газове. Електрически батерии, макар и чудесни за автомобили и потенциално много малки самолети с малък обсег, просто нямат необходимата енергийна плътност за a далечни самолети. Това е основният проблем, който водородна енергия е готов да реши. Индустрията активно проучва различни концепции за самолети задвижван от водород, сигнализирайки ясна посока за бъдещето на полетите.

Какво прави течния водород обещаващо гориво за самолети?

И така, защо е цялото вълнение около водорода? Отговорът се крие в неговото невероятно енергийно съдържание. По маса, водородно гориво има почти три пъти по-голяма енергия от традиционната струя гориво. Това означава ан самолет теоретично може да измине същото разстояние със значително по-малко гориво тегло. Когато се използва водород в горивни клетки, единственият страничен продукт е водата, което го прави решение с наистина нулеви емисии на мястото на употреба. Това променя играта за авиация свят.

Изборът между съхранение на водород като сгъстен газ или криогенна течност е критичен за космическото пространство инженери. Докато газообразен водород по-лесна е за обработка при нормални температури, не е много плътна. Да съхранява достатъчно газообразен водород за смислен полет ще ви трябват огромни, тежки резервоари, което е непрактично за един самолет. Течен водород (LH₂), от друга страна, е много по-плътен. Чрез охлаждане на водородния газ до невероятно студени -253°C (-423°F), той се превръща в течност, което позволява много по-голямо количество енергия да се съхранява в даден обем. Тази плътност е това, което прави течно водородно гориво водещият кандидат за захранване на бъдеща среда и самолети с по-дълъг обсег.

От моя гледна точка като доставчик, потенциалът на течен водород е огромно. Ние вече сме експерти в производството и обработката на газове с висока чистота. Предизвикателствата на втечняване на водород и съхранението са значителни, но те са инженерни проблеми, които се решават от брилянтни умове на места като Германски аерокосмически център. The ползи от водорода— високото му енергийно съдържание и чистото изгаряне — далеч надхвърлят трудностите. Този мощен гориво е ключът към отключването на устойчиво въздушно пътуване на дълги разстояния.

Как горивната система с течен водород захранва самолет?

Представяйки си а горивна система с течен водород на ан самолет може да изглежда като научна фантастика, но основните концепции са доста ясни. Системата има четири основни части: съхранение резервоар, на гориво разпределителна мрежа, изпарителен блок и задвижващата система. Всичко започва с високоизолираните, криогенни резервоар за гориво където течен водород се съхранява при -253°C. Съхраняване на a гориво при тази температура на an самолет е голямо инженерно постижение, което изисква модерни материали и вакуумна изолация, за да се предотврати изкипяването на течността.

От съхранение на течен водород резервоар, криогенната гориво се изпомпва през мрежа от изолирани тръби. Преди да може да се използва, течен водород трябва да се преобразува обратно в газ. Това се случва в топлообменник, който внимателно затопля гориво. това водороден газ след това се подава в задвижващата система. Цялата водородна горивна система трябва да бъде прецизно проектиран да бъде лек, невероятно безопасен и надежден при взискателните условия на полет, от излитане до кацане.

Това е мястото, където опитът в индустриалните газове става критичен. Проектирането и производството на тези системи за самолети изискват задълбочено разбиране на криогениката и работата с газ. Същите принципи, които използваме за безопасно съхранение и транспортиране на насипни газове на земята, се адаптират за уникалната среда на самолет. Компаниите, доставящи промишлени газове, като нашата, са основни партньори в това развитие, осигурявайки надеждни доставки на високочисти Водород е на разположение за изследване, разработване и евентуална експлоатация на тези невероятни нови самолет.

Каква е разликата между изгаряне на водород и задвижване с водородни горивни клетки?

Когато хората говорят за самолети, задвижвани с водород, те обикновено се отнасят до една от двете основни технологии: директна изгаряне на водород или водородни горивни клетки. И двете използвайте водород като основен гориво, но те преобразуват енергията му в тяга по много различни начини. Важно е всеки в тази индустрия да разбере разликата.

Изгаряне на водород е по-скоро еволюционна стъпка. Това включва адаптиране на настоящите реактивни двигатели за изгаряне водородно гориво вместо керосин. Основното предимство е, че използва съществуващата технология на двигателя, като потенциално ускорява развитието. Въпреки това, докато изгарянето на водород елиминира емисиите на CO₂, то все още може да произвежда азотни оксиди (NOx) при високи температури, които също са вредни замърсители. The Германска космическа авиация Center (DLR) активно проучва начини за минимизиране на образуването на NOx в тези двигатели. Този подход се разглежда и за двете самолети с малък обсег и по-големи самолети.

Водородна горивна клетка технологията, от друга страна, е революционна стъпка. В а система с горивни клетки, водородът и кислородът от въздуха се комбинират в електрохимична реакция за производство на електричество, като вода и топлина са единствените странични продукти. Това електричество след това захранва електрически двигатели, които въртят витла или вентилатори. това задвижваща система с горивни клетки е напълно без CO₂ и NOx. Технологията е по-тиха и потенциално по-ефективна от горенето. Много експерти смятат, че самолети, задвижвани от горивни клетки са крайната цел за наистина чисти авиация.

Ето една проста разбивка:

И двата пътя се изследват от гиганти като Airbus, които имат за цел да донесат водород самолет до 2035 г. Развитието на напреднали технологии с горивни клетки е ключова област на фокус за цялото космическа индустрия.

Какви са основните пречки при използването на водород като гориво за авиацията?

Пътят към авиация, задвижвана с водород е вълнуващо, но не и без предизвикателства. От моя опит в газовата индустрия знам, че работата с водород е особено важна течен водород, изисква прецизност и дълбоко уважение към безопасността. За космическото пространство сектор, тези предизвикателства се увеличават. Първото и най-съществено препятствие е съхранението. Водородът изисква много място, дори като гъста течност. А резервоар за течен водород на ан самолет трябва да бъде около четири пъти по-голям от керосин резервоар за гориво притежавайки същото количество енергия.

Това изискване за размер създава ефект на доминото дизайн на самолети. Тези големи, цилиндрични или конформни резервоари са трудни за интегриране в традиционната форма на "тръба и крило" на съвременния самолет. Освен това, криогенната температура на течен водород изисква дизайн "резервоар в резервоара", известен като Дюар, с вакуумен слой за изолация. Тези резервоар за водород системите са сложни и добавят тежест, което винаги е враг на самолет ефективност. Осигуряване на дългосрочна надеждност и безопасност на тези криогенни гориво системи по време на милиони полетни цикли е основен приоритет за изследователите.

Отвъд самолет само по себе си, съществува предизвикателството да се изгради глобална водородна инфраструктура. Летищата ще трябва да бъдат изцяло преработени, за да съхраняват и прехвърлят безопасно огромни количества течен водород. Това включва разработване на нови технологии за зареждане с гориво, системи за откриване на течове и протоколи за безопасност. Ние също трябва да увеличим мащаба производство на водород драстично, гарантирайки, че това е "зелен" водород, произведен с помощта на възобновяема енергия. От разговори с клиенти знам, че логистиката е основна грижа. За собственик на бизнес като Марк, надеждността на разпределение на водорода мрежата от производствения завод до летището ще бъде също толкова важна, колкото и качеството на самия газ.

Как ще се развие дизайнът на самолетите, за да се адаптират към водородни горивни системи?

Уникалните свойства на течно водородно гориво означава, че самолет утрешния ден може да изглежда много по-различно от днешния. Интегрирането на обемисти резервоари за криогенно гориво е основното предизвикателство, което води до новото дизайн на самолети концепции. Инженерите не могат просто да заменят керосина в крилата с водород; физиката не го позволява. Крилата не са достатъчно дебели, за да поберат големи, изолирани цилиндрични резервоари.

Това доведе до няколко иновативни концепции за самолети. Една популярна идея е да поставите две големи водород резервоари в задната част на фюзелажа на самолет, зад пътническата кабина. Това поддържа сравнително конвенционална аеродинамична форма, но намалява пространството за пътници или товари. Друга футуристична концепция е „Смесено тяло на крилото“ (BWB), където фюзелажът и крилата са интегрирани в една широка структура. Тази форма предлага много повече вътрешен обем, което я прави идеална за големи жилища резервоар за течен водород системи без компромис с пространството за пътниците. Този дизайн може също да предложи значителни аеродинамични предимства.

Задвижващата система също влияе върху самолетдизайн на. Ан самолетен двигател от изгаряне на водород може да има двигатели, които изглеждат подобни на днешните, но те ще бъдат по-големи и оптимизирани за изгаряне водородно гориво. За един самолети, задвижвани от горивни клетки, дизайнът може да бъде по-радикален. Множество по-малки електрически вентилатори могат да бъдат разпределени по крилата за по-голяма ефективност, концепция, известна като разпределено задвижване. Това е вълнуващо време в космическа техника, където необходимостта от нов гориво отключва нова ера на творчество и ефективност самолет дизайн. Всеки нов авиационна техника ни доближава до целта за устойчиво развитие авиация.

Кои пионери в космоса превръщат водородните самолети в реалност?

The преход към водород не е просто теоретично упражнение; основни играчи в космическа индустрия инвестират милиарди, за да го осъществят. Airbus беше вокален лидер, разкривайки своите концепции ZEROe с амбициозната цел да пусне първата реклама с нулеви емисии самолет до 2035 г. Те изследват и двете изгаряне на водород и горивна клетка пътища за различни самолет размери. Техният ангажимент изпрати мощен сигнал до цялата верига на доставки, че водородната революция идва.

В Обединеното кралство, Институт за аерокосмически технологии (ATI) финансира множество проекти, включително разработването на a самолет демонстратор. Един от най-вълнуващите проекти се ръководи от Cranfield Aerospace Solutions, който работи за преобразуване на малък 9-местен Britten-Norman Islander регионални самолети да тече на a водородна горивна клетка система. Този проект, който включва практически летателен тест, е от решаващо значение за придобиване на опит в реалния свят и регулаторно одобрение за водород системи за самолети. Тези по-малки проекти са жизненоважни стъпала към сертифицирането водородно задвижване за по-големи пътнически самолет.

Други компании също правят значителни крачки. ZeroAvia вече проведе тестови полети на малък самолетен двигател от a водородна горивна клетка система. В моята работа виждаме увеличени запитвания за газове с висока чистота за тези усилия за научноизследователска и развойна дейност. От специализираните газове, използвани в производството на леки композитни резервоари до Аргон необходими за заваряване на съвременни сплави в авиационни двигатели, цялата екосистема се подготвя. Сътрудничеството между тези иновативни космическото пространство компании и промишленият газов сектор е от съществено значение за успеха преход към водород.

Колко критична е чистотата на газа за технологиите с водородни горивни клетки?

Това е въпрос, който пряко засяга моя бизнес и бизнеса на моите клиенти. За изгаряне на водород двигатели, чистотата на водородно гориво е важно, но за технология за водородни горивни клетки, това е абсолютно критично. А стек с горивни клетки е много чувствително оборудване. Той работи чрез преминаване на водород върху платинен катализатор, който е изключително податлив на замърсяване.

Примеси, малки като няколко части на милион - неща като сяра, амоняк или въглероден оксид - могат да отровят катализатора. Този процес, известен като разграждане на катализатора, трайно намалява горивни клетки производителност и продължителност на живота. За един самолет, където надеждността е от първостепенно значение, използването на нещо по-малко от водород със свръхвисока чистота не е опция. Ето защо международните стандарти, като ISO 14687, определят строги нива на чистота за водородно гориво. Постигането на тези стандарти изисква усъвършенствани техники за производство и пречистване.

Това е мястото, където експертизата на доставчика се превръща в ключова точка за продажба. Винаги подчертавам пред моите партньори, че контролът на качеството не е просто кутия за проверка; това е основата на нашия бизнес. За всеки, който иска да доставя бъдещето водородна авиация на пазара, възможността да гарантирате и сертифицирате чистотата на вашия продукт не подлежи на обсъждане. Това важи особено за електрически самолет, задвижван от течност водород горивни клетки, където цялата задвижване на самолета система зависи от качеството на гориво. Като фабрика с множество производствени линии, ние имаме специални процеси, за да гарантираме всяка наша партида Насипни специални газове с висока чистота отговаря или надвишава тези международни стандарти, осигурявайки надеждността, която космическото пространство изисквания на сектора.

Какъв вид водородна инфраструктура е необходима за поддръжка на глобален флот?

Ан самолет е само една част от уравнението. За авиация, задвижвана с водород да стане реалност, масова, в световен мащаб водородна инфраструктура трябва да се изгради. Това е предизвикателство в мащаба на първоначалното изграждане на глобалната летищна мрежа. Летищата ще трябва да се превърнат в енергийни центрове, способни да произвеждат или приемат, съхраняват и разпространяват огромни количества течен водород.

Това включва изграждане на голям мащаб втечняване на водород растения на летището или наблизо. Криогенен водород след това ще се съхраняват в масивни, силно изолирани резервоари на място. Оттам ще е необходимо ново поколение камиони за зареждане с гориво или хидрантни системи, специално проектирани за криогенни течности, за обслужване на всеки самолет. Безопасността е приоритет номер едно. Цялата инфраструктура, от ж производство на водород съоръжение към дюзата, която се свързва с самолетна система, трябва да бъдат проектирани с излишни функции за безопасност, за да се справят с тази мощ гориво.

Логистичното предизвикателство е огромно, но също така представлява огромна бизнес възможност. Това ще изисква инвестиции в тръбопроводи, криогенни транспортни кораби и съоръжения за съхранение. Фирми, специализирани в криогенно оборудване, като производители на нискотемпературни изолирани газови бутилки, ще видите огромно търсене. За служители по доставките като Марк това означава изграждане на взаимоотношения сега с доставчици, които разбират сложността и на двете течен и газообразен водород. Осигуряването на място в тази бъдеща верига за доставки означава да се мисли за цялата екосистема, а не само за гориво себе си.

Готови ли сте за прехода към водород в аерокосмическия сектор?

The преход към водород в авиация сектор вече не е въпрос на "ако", а на "кога". Инерцията се натрупва, водена от нуждите на околната среда, регулаторния натиск и технологичните иновации. За бизнес лидерите това е момент на възможност. Промяната ще създаде нови пазари и ще изисква нов опит. Компании, които могат надеждно да доставят продукти с висока чистота водород, предоставят логистични решения и разбират строгите изисквания за качество на космическото пространство секторът ще процъфтява.

Като човек, който е прекарал години в бизнеса с индустриален газ, видях как новите технологии създават нови лидери. Компаниите, които успяват, са тези, които очакват промяната и се подготвят за нея. Започнете, като обучите себе си и екипа си водородни технологии. Разберете разликата между горивни клетки и горенето и критичната роля на чистотата. Започнете да оценявате вашите партньори по веригата за доставки. Имат ли техническа експертиза и сертификати за качество, за да обслужват космическото пространство пазар? Могат ли да се справят с логистиката на доставката на продукт като течен водород?

Това е дългосрочна игра. Първият полети, задвижвани от течен водород в търговски мащаб са все още около десетилетие. Но основите се полагат днес. Проучването се извършва, прототипите се изграждат и веригите за доставки се формират. Сега е моментът да зададете правилните въпроси и да позиционирате бизнеса си като част от чистотата авиация революция. Бъдещето на полетите излита и ще бъде така задвижван от водород.

Ключови изводи

• Спешна нужда: The авиационна индустрия активно търси алтернатива на джетовете с нулеви емисии гориво, с течен водород се очертава като водещ кандидат за среден до голям обсег самолет.
• Два пътя към властта: Водородно задвижване ще използва предимно два метода: директен изгаряне на водород в модифицирани реактивни двигатели и високоефективни водородни горивни клетки които генерират електричество.
• Съхранението е основното предизвикателство: Най-голямото инженерно препятствие е съхранението на обемисти, криогенни течен водород на ан самолет, което изисква големи, силно изолирани резервоари за гориво и ще доведе до нови дизайн на самолети.
• Чистотата е от първостепенно значение: За водородна горивна клетка системи, водородът със свръхвисока чистота не е просто предпочитание - това е изискване за предотвратяване на повреда на чувствителните катализатори.
• Инфраструктурата е ключова: Успешният преход изисква изграждането на масивна глобална инфраструктура за производство на водород, втечняване, съхранение и зареждане с гориво на летищата.
• Бизнес възможност: Преминаването към водородна авиация създава огромни възможности за бизнеса по цялата верига за доставки на индустриален газ, от производството до логистиката и производството на оборудване.