Universal Hydrogen запускает сухие заплетенные углеродные преформ-баки для ускорения декарбонизации авиации

Фото: Universal Hydrogen

Пол Эременко, бывший технический директор Airbus SE (Лейден, Нидерланды) и United Technologies Corp. (Фармингтон, штат Коннектикут, США), соосновал Universal Hydrogen (Лос-Анджелес, штат Калифорния, США) для создания инфраструктуры, необходимой для водородной авиации. Авиаперевозки отвечают примерно за 2,5% глобальных выбросов парниковых газов. Airbus и французское правительство объявили планы по решению этой проблемы через разработку первого декарбонизированного коммерческого самолета, который должен войти в эксплуатацию к 2035 году. Airbus представил три предварительных проекта самолетов, все основанные на водородной тяге.

«Ключевая проблема, на наш взгляд, — это инфраструктура,» — говорит технический директор Universal Hydrogen Дж. П. Клаーク. «Вместо времени и затрат на строительство трубопроводов и специализированных систем транспортировки водорода мы хотим использовать существующую контейнерную грузовую инфраструктуру в сочетании с новой эффективной технологией, чтобы обеспечить решение с низкими капитальными вложениями. Наши двухкапсульные модули позволяют легко заправлять, транспортировать и загружать их на самолет, и они намного легче батарей. Этот подход также масштабируем. По мере роста спроса растет и сеть поставок, просто за счет увеличения количества модулей в обращении, но с низким порогом входа».

Конвертация турбопропов

Компания планирует запустить рынок, конвертируя двухмоторные региональные турбопропы ATR и Dash 8 на водородно-топливную тягу. Двухкапсульный модуль, разработанный для этих самолетов, использует баллоны давлением 850 бар, изготовленные из многослойного, весового оптимизированного, непрерывного заплетенного углеродного преформа над мембраной с низкой проницаемостью для хранения сжатого водородного газа; или два металлических бака, изолированные, но не активно охлаждаемые, для транспортировки жидкого водорода. Модули рассчитаны на дальность 400 морских миль с высокого давлением газа и 550 морских миль с жидким водородом.

До трех модулей будут загружены в заднюю часть фюзеляжа через служебную дверь, слегка расширенную в рамках дополнительного сертификата типа (STC). Водород будет подаваться наружу фюзеляжа в гондолы, каждая из которых заменяет турбопропulsор на топливную ячейку мощностью 2 мегаватта, приводящую электродвигатель для пропеллера и меньший двигатель для вспомогательной энергетики. Топливные элементы используют водород как топливо и выделяют только водяной пар, который собирается и сбрасывается на 비행овых режимах, когда не образуются конденсационные следы, для минимального воздействия на окружающую среду. Система теплового управления, включающая радиатор на гондоле, охлаждает топливную ячейку и двигатель.

Ретрофит спроектирован так, чтобы сохранить летательные характеристики с указанной дальностью на газе или жидком топливе, но требует потери двух рядов сидений для размещения двухбакных модулей. Задняя галерея также перемещается вперед, теряя еще два места, всего снижение вместимости на 40 пассажиров. Несмотря на это, Universal Hydrogen оценивает операционную экономику примерно неизменной в терминах стоимости на доступное сиденье-милю.

Хотя водород сейчас дороже авиационного керосина, его стоимость должна снизиться с запуском значительных увеличений производства. Эременко также оценивает улучшение затрат на обслуживание и капитальный ремонт как минимум на 25% для топливной ячейки-электрической силовой установки по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Бизнес-модель, временные рамки и партнеры

Universal Hydrogen планирует предлагать модули водородного топлива и комплект ретрофита для конвертации самолетов Dash 8 и ATR, нацеливаясь на ввод в эксплуатацию в 2024 году. Эременко описывает субсидирование конвертации на водород для региональных перевозчиков, фактически предлагая «конвертацию с низкими или нулевыми затратами» в обмен на долгосрочный контракт на поставку водородного топлива.

После этого начального этапа компания намерена выпустить свои планы конвертации в качестве открытого дизайна, который может быть адаптирован разработчиками более мелких самолетов — от городской воздушной мобильности до комьютерской авиации. Компания планирует партнерство с OEM региональных и крупных транспортных фюзеляжей — от ATR и De Havilland Canada до Boeing и Airbus — с целью снижения рисков перехода на водород.

Universal Hydrogen движется к финализированному дизайну и ожидает демонстрацию силовой установки и топливных модулей к 2021 году. Экспериментальные полетные испытания последуют, а затем сертификация. Параллельно компания будет развивать свою логистическую сеть водорода и разрабатывать производственную систему для топливных модулей. На данный момент она была самофинансируемой основателями и партнерами примерно на 5 млн долларов. Оценка необходимых средств для достижения первых доходов — около 300 млн долларов.

Хотя Universal Hydrogen фокусируется на питании самолетов через водородные топливные ячейки, те же топливные модули могут использоваться для питания самолетов, сжигающих водород в модифицированных реактивных двигателях. Целевой сегмент среднемагистральных однопроходных самолетов составляет подавляющее большинство рейсов глобально и предлагает огромный рыночный потенциал, говорит бывший CEO Airbus Том Эндерс, консультирующий стартап.