Υδρογόνο-καύσιμο για κινητήρες των πολιτικών αεροσκαφών! Επιχείρηση… καθαροί ουρανοί!

Η αναζήτηση εναλλακτικών, καθαρών, περισσότερο φιλικών προς το περιβάλλον καυσίμων, είναι μία αρκετά παλιά ιστορία. Ουσιαστικά έχει της ρίζες της στην πρώτη μεγάλη πετρελαϊκή κρίση. Αυτή του 1973. Όχι ότι το πρόβλημα δεν υπήρχε πριν από αυτή. Η μετάβαση από τον κλασσικό αστεροειδή ή εν σειρά εμβολοφόρο κινητήρα, στον στροβιλοκινητήρα φυγοκεντρικής ή αξονικής ροής, μπορεί να έφερε άλλη μία πραγματική επανάσταση στην αεροδυναμική και τις επιδόσεις των στρατιωτικών πρώτα και κατόπιν και των πολιτικών αεροσκαφών. Παράλληλα όμως έφερε και τον προβληματισμό της σημαντικά μεγαλύτερης κατανάλωσης καυσίμου του κινητήρα jet.

Του Στέργιου Δ. Θεοφανίδη



Το μέγεθος των βομβαρδιστικών και μαχητικών αεροπλάνων αυξήθηκε προκειμένου να αυξηθεί και η χωρητικότητά τους σε καύσιμο. Παρόλα αυτά η ακτίνα τους, παρέμεινε μικρότερη αυτής των εμβολοφόρων αεροσκαφών. Ο ελικοστρόβιλος (turboprop) ήρθε ως μία πρώτη λύση στο πρόβλημα αυτό. Με σημαντικούς συμβιβασμούς όμως ως προς τις επιδόσεις ύψους και ταχύτητας. Τα βομβαρδιστικά B-52 και Tu-95 Bear, είναι ίσως οι πιο σημαντικοί εκπρόσωποι αυτών των δύο διαφορετικών προσεγγίσεων.

Και τα δύο αυτά στρατηγικά βομβαρδιστικά, σχεδιάστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του ‘50 και παραμένουν σε υπηρεσία μέχρι τις ημέρες μας. Τότε, 70 ολόκληρα χρόνια πριν, σε μία προσπάθεια να διατηρήσουν την κατανάλωση καυσίμου σε λογικά επίπεδα, συνδυασμένη με μεγάλη ακτίνα και επαρκείς επιδόσεις ταχύτητας πλεύσης σε πολύ μεγάλα ύψη, οι Αμερικανοί κατέληξαν στη λύση του υβριδικού, από πλευράς πρόωσης, Β-36 Peacemaker. Λύση που δεν μακροημέρευσε.



Από τα τέλη της δεκαετίας του ‘60, θα κάνουν την εμφάνισή τους επάνω σε μεγάλα στρατιωτικά αεροσκάφη (C-5 Galaxy), όσο και σε πολιτικά με πρώτο εκπρόσωπο το τετρακινητήριο Β-747, οι πρώτοι παρακαμπτικοί στροβιλοκινητήρες (turbofan). Αποτέλεσμα της συνεχούς εξέλιξής τους τα τελευταία 50 χρόνια, είναι η μείωση της κατανάλωσης καυσίμου σε ποσοστό μέχρι και 40% σε κάποιες περιπτώσεις/κατηγορίες, σε σχέση με το παρελθόν!

Κάπως έτσι φτάσαμε στο σήμερα, αεροσκάφη μικρών – μέσων αποστάσεων, όπως το A320-321 της Airbus, να πετούν με ασφάλεια και επάρκεια καυσίμου σε γραμμές μεγάλων αποστάσεων. Κάτι αδιανόητο ακόμη και πριν από δέκα μόλις χρόνια. Πρόσφατα ένα Α321LR της καναδικής Transat, πέταξε χωρίς ενδιάμεσο σταθμό από το Μόντρεαλ του Καναδά στην Αθήνα, καλύπτοντας απόσταση 7651 χιλιομέτρων, σε χρόνο οκτώ ωρών και 20 λεπτών.

Παρόλα αυτά και με δεδομένο ότι η τεχνολογία των συμβατικών στροβιλοκινητήρων έχει εξαντλήσει κάθε περιθώριο περαιτέρω μείωσης της κατανάλωσης καυσίμου και επομένως και της εκπομπής CO2, οι κατασκευαστές σε συνεργασία με τις αεροπορικές εταιρείες στρέφονται πλέον κατά αποκλειστικότητα στα εναλλακτικά καύσιμα και τις εναλλακτικές πηγές ενέργειας.

Ηλεκτρική ενέργεια ή υδρογόνο; Προς αναζήτηση των νέων ισορροπιών
Αν και το πρόβλημα του περιορισμού της κατανάλωσης καυσίμου έχει όντως αντιμετωπιστεί, η λύση στον περιορισμό ή της εξάλειψη της εκπομπής CO2, παραμένει ζητούμενο για την Πολιτική Αεροπορία. Σύμφωνα με το Eurocontrol, την κεντρική ευρωπαϊκή υπηρεσία ελέγχου και διαχείρισης της εναέριας κυκλοφορίας, ο αριθμός των πτήσεων στους ευρωπαϊκούς ουρανούς ξεπερνά τις 40.000 σε καθημερινή βάση κατά τους καλοκαιρινούς μήνες.

Δεν γνωρίζουμε το αντίστοιχο νούμερο για τις ΗΠΑ, αλλά είναι σίγουρα μεγαλύτερο. Εάν στο πρόβλημα της εκπομπής χιλιάδων τόνων CO2, προστεθεί και αυτό της σκίασης από τα contrails (ουρές συμπύκνωσης…), που έχουν -όπως λέγεται- συγκεντρωτικά ρόλο στο πρόβλημα του φαινομένου του θερμοκηπίου, η ανάγκη αντικατάστασης του σημερινού αεροπορικού καυσίμου, παραμένει επιτακτική.

Η ευρωπαϊκή Airbus έχει ξεκινήσει ήδη τη διεξαγωγή εκτεταμένων ερευνών και μελετών, σχετικά με τη χρήση υβριδικών ενεργειακών συστημάτων για σκοπούς πρόωσης, καθώς και σχετικά με τη χρήση υγρού υδρογόνου (LH2) για την τροφοδοσία των κινητήρων των πολιτικών αεροπλάνων στο μέλλον. Και όταν λέμε στο μέλλον, εννοούμε όχι και τόσο μακρινό…

Η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας (μπαταριών ή συστοιχιών μπαταριών), αποδίδει μεν μηδενικούς ρύπους στη διαδικασία της πρόωσης (λειτουργία κινητήρων), αλλά δεν έχει μεγάλη διάρκεια. Επομένως, προς το παρόν τουλάχιστον, η χρήση μπαταριών για τη λειτουργία προωστικών συστημάτων (έλικες ως επί τω πλείστον…), περιορίζεται σε μικρά αεροσκάφη, που καλύπτουν μικρές αποστάσεις, λόγω μικρής αυτονομίας.

Η μικτή χρήση ηλεκτρικής ενέργειας (από συστοιχίες μπαταριών) και συμβατικού καυσίμου σε εμβολοφόρους κινητήρες ή στροβιλοκινητήρες, μπορεί επίσης να αξιοποιηθεί ως λύση για την πρόωση μεγαλύτερων αεροσκαφών για την κάλυψη μέσων και μεγάλων αποστάσεων, αλλά δεν εξαλείφει το πρόβλημα της εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα.

Έχει επίσης εξεταστεί και η λύση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μέσω καύσης (χημική αντίδραση) υγρού υδρογόνου με τη χρήση οξειδωτικού στοιχείου, όπως στους πυραυλοκινητήρες υγρών καυσίμων (Fuel Cell), αλλά και σε αυτή την περίπτωση η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια δεν έχει την επάρκεια για την πρόωση έστω και μικρού μεγέθους δικινητήριων αεροσκαφών αερογραμμών. Είτε διπλής σειράς καθισμάτων (single aisle), είτε τριπλής (twin aisle).



Οι ενεργειακές κυψέλες (Fuel Cells) υδρογόνου λοιπόν, προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, είναι λύση που διασφαλίζει μηδενική εκπομπή ρύπων, χωρίς όμως να παρέχει την ποσότητα και την επάρκεια ισχύος που απαιτούνται, για την κάλυψη των αναγκών λειτουργίας ακόμη και μέσης κατηγορίας στροβιλοκινητήρων. Υπό αυτά τα δεδομένα, η Airbus εξετάζει την απευθείας χρήση υγρού υδρογόνου (LH2) σε τροποποιημένους κινητήρες (στροβιλοκινητήρες και ελικοστρόβιλους), έχοντας ήδη έρθει σε επαφή με κατασκευαστές κινητήρων προς την κατεύθυνση αυτή.