수소를 항공 연료로 사용한다는 아이디어는 75 년 전부터 시작되었습니다. 수소 관련 연구 활동은 순환으로 볼 수있는 방식으로 반복됩니다. 오늘날 우리는 세 번째 수소 항공 사이클의 일부입니다.
Airbus, NASA 및 ZeroAvia – 세 개의 매우 다른 항공 우주 회사가 이제 대체 연료로 수소 사용을 구현하고 있습니다. 각 회사는 서로 다른 시장 부문을 목표로하고 있으며 각 회사는 수소를 활용하는 방법에 대해 서로 다른 접근 방식을 취했습니다.
그들은 모두 공통점이 있습니다. 그들은 수소가 과거의 몰락에도 불구하고 미래 항공의 중요한 부분이 될 것이라고 믿습니다. 문제는 – 이번에 성공하기 위해 과거로부터 배울 수 있는가?
초기 시작
최초의 진정한 수소 전용 항공 우주 연구는 1950 년대에 시작되었습니다. 당시에는 고도가 높은 군용 항공기 (최대 90 피트)에서 수소 연료가 제트 연료보다 더 나은 선택인지 조사하는 것이 목표였습니다.
수소의 구현은 부분적으로 성공적 이었지만 LH2 수정 Martin B-57B 테스트 비행은 몇 번뿐이었습니다. 시험 비행 후 프로그램은 엄청난 복잡성으로 인해 중단되었습니다. 관련 비용과 제약은 우리가 잠재적 인 이점과 일치하지 않습니다.
이것은 1957 년에 있었고 두 가지 중요한 통찰력을 보여주었습니다. 첫째, 매우 제한된 항공기 함대에 대해서만 수소 공급망을 만드는 것은 경제적으로 불가능합니다. 둘째,이 과대 광고 사이클은 민간 부문이 아닌 미국 국방 예산에 의해 지원되었습니다.
오일 쇼크
두 번째 과대 광고 사이클은 1970 년대 글로벌 석유 위기로 인해 시작되었습니다. 기존의 제트 연료 가격이 급등했고 항공 우주 엔지니어들은 대체 연료 사용을 찾기 시작했습니다. 이번에는 R & D 활동이 주로 소련 러시아에 집중되었습니다.
두 가지 대체 연료를 선택했습니다. 액체 수소 (LH2)와 액화 천연 가스 (LNG)입니다. 수소로 작동하기 위해 하나의 수정 된 엔진이있는 trijet Tu-155 인 비행 테스트 베드를 조립하는 데 1988 년 이상이 걸렸습니다. 이것은 XNUMX 년이었습니다. 비행은 성공적이었고“자이로 플레인”은 서유럽으로도 여러 번 비행했습니다.
이 기술은 "유망한"것으로 여겨졌 고 1990 년에 독일-러시아 협력 (DASA, Tupolev)은 기술을 서구 세계로 이전하는 것을 목표로 설립되었습니다. 제안 된 개념 연구는 Cryoplane이라고 불렀습니다. 그 임무는 Airbus A310을 LH2에서 실행되도록 수정하는 것이 었습니다.
1990 년대 초 석유 위기가 끝났고 수소 연료 연구는 서방 OEM과 러시아 OEM 모두로부터 더 이상 관심을받지 않았고 독일에서는 약간의 노력이 계속되었습니다 (예 : Do-328을 자이로 플레인으로 전환).
두 번째 과대 광고 사이클의 주요 결과는 민간 항공을위한 저렴한 연료를 찾기 위해 시작되었고 실행 가능한 수소 공급망을 구축하려는 노력이 실패했다는 것입니다. 기술 구현이 실현 가능해 보이기 시작했을 때 대체 연료의 비율이 종료되었습니다 (유가가 크게 떨어짐).
현대 투폴 레프 Tu-155
새로운 시대
우리가 지금 살고있는 과대 광고주기는 이전 두 가지와 다릅니다. 기술이 발전하고 수소는 항공기 가스 터빈 엔진 (XNUMX 차 및 XNUMX 차 엔진의 경우)의 연료 일뿐만 아니라 연료 전지 및 발전 용 연료로도 간주됩니다.
2020 년대에 광범위하게 진행되는 수소 연구의 이유도 다릅니다. 항공기가 탄소 제로 기술을 도입해야한다는 압력을 받고 있기 때문에 증가하는 CO2 배출량과 기후 변화가 오늘날 주요 동인입니다.
오늘날 전 세계 CO2 배출량의 2 % 이상이 항공 여행으로 생성됩니다 (그리고 향후 20 년 동안 항공 여행 량이 두 배로 증가 할 것으로 예상됨에 따라 비율이 증가 할 수 있음).
그러나 CO2 배출을 대폭 줄여야하는 산업은 항공 만이 아닙니다. 이는 녹색 수소 생산, 유통 및 사용에 대한 필요성이 수많은 부문에서 필요하기 때문에 수소 공급망을 구축하는 것이 이제 더 가능하다는 것을 의미합니다.
세 번째 과대 광고 사이클은 기후 변화 문제에 대한 대응과 항공뿐만 아니라 CO2 배출량 감소의 필요성입니다. 수소 공급망 생성은 이제 유럽 국가들이 2050 년까지 국가 수소 전략을 수립하는 EU 이니셔티브의 수십억 유로에 의해 강력하게 지원됩니다. 이는 실행 가능한 솔루션이 도입 될 때까지 진행중인 사이클이 존재할 가능성이 매우 높음을 시사합니다.
보관 및 배포 – 주요 장벽
현재 수소 공급망의 각 부분 (생산에서 활용까지)에는 여전히 장벽이 있습니다. 수소 경제 창출과 관련된 주요 기술 제약을 평가하고 설명하려면 수소 화학적 특성을 살펴볼 필요가 있습니다.
수소의 중량 에너지 밀도는 제트 연료보다 3 배, 현재 전기 배터리보다 100 배 높습니다. 단점은 수소 저장을 어렵게 만드는 부피 / 에너지 밀도 비율입니다.
가장 높은 체적 에너지 밀도에 도달하려면 수소를 액화하고 -253 ° C에서 극저온으로 저장해야합니다. 1990 년대 DASA-Tupolev 협력에서 극저온 저장은 주요 장벽 중 하나였습니다. 그러나 그 이후로 기술이 발전했습니다.
선도적 인 극저온 및 항공 우주 제조업체 인 PBS Velka Bites의 엔지니어에 따르면“수소 압축 및 액화 기술은 이제 예를 들어 오염 및 누출 수준을 줄이는보다 효율적인 공기 역학적 베어링을 사용할 수 있기 때문에 30 년 전보다 더 발전했습니다.”
또한 1990 년대부터 사업에 뛰어 드는 기업의 수가 급격히 증가함에 따라 수소 산업 경쟁이 상당히 치열 해졌습니다.
이러한 현상은 수요가 증가하고 기업이 자연스럽게 경쟁함에 따라 가격과 제품 개발 시간을 단축시킵니다. 이것은 자유 시장 경제의 기본 원칙이지만 실행 가능한 자급 자족 수소 생태계를 구축하고 유지하는 데 중요합니다.
결론
과거의 수소 경제 구축 노력은 점진적으로 받아 들여지지 않았습니다. 이것이 오늘날의 사이클에서 고려해야 할 사항입니다.
첫 번째 단계로 수소는 약 20 명의 승객을위한 전기 또는 하이브리드 전기 소형 통근 항공기 용 연료 전지에 가장 많이 사용될 것입니다 (이는 기술적으로 2025 년까지 달성 될 수 있음).
그런 다음 공항 인프라에서 향후 개발에 근본적으로 수소를 포함하는 또 다른 단계가 예상됩니다. 우리는 수소 인프라를 포함하는 파리 CDG 공항 현대화에서 이것을 보았습니다.
와이드 바디 항공기 (예 : 제안 된 Airbus ZEROe 터보 팬 개념)에는 연료 전지 또는 배터리를 장착 할 수 없습니다 (현재 중량 / 발전 비율 기준). 이곳에서 2035 년경 수소 연료로 개조 된 초 고효율 터보 팬 엔진을 볼 수 있습니다.
다른 산업 (예 : 발전, 에너지, 운송)에서도 많은 작업을 수행 할 것으로 예상됩니다. 항공 우주는 탄소 발자국을 줄이기위한 솔루션을 찾아야하는 유일한 사업이 아니기 때문입니다. 이러한 다중 산업 연결은 더 많은 부문이 향후 개발 비용을 분담 할 수 있으므로 매우 중요합니다.
세 번째 수소 과대 광고주기가 아마도 마지막 일 것입니다. 성공 여부가 입증 된 경우입니다. 항공 변화는 불가피하며 아마도 다양한 형태와 용도의 수소를 포함 할 것입니다.
문자 :
RADIM JANSA, 제품 및 사업 개발, PBS GROUP
코인 스마트. 유로파 최고의 비트 코인-보르 스
출처 : https://aero-space.eu/2021/05/24/the-third-hydrogen-aviation-cycle/
