Как универсальный Самолет с водородной маркой, оснащенный самым большим водородным топливным элементом, когда-либо приводившим в действие самолет, совершил свой первый испытательный полет в восточном Вашингтоне, соучредитель и генеральный директор Пол Еременко объявил этот момент рассветом «нового золотого века авиации».
15-минутный испытательный полет модифицированного самолета Dash-8 был коротким, но он показал, что водород может быть жизнеспособным в качестве топлива для ближнемагистральных пассажирских самолетов. То есть, если Universal Hydrogen — и другие в развивающемся мире водородных полетов — смогут добиться технического и нормативного прогресса, необходимого для того, чтобы сделать его основным продуктом.
Самолеты Dash-8, используемые в региональных аэропортах, обычно перевозят до 50 пассажиров на коротких рейсах. На Dash-8, использовавшемся в четверг во время испытательного полета из международного аэропорта округа Грант в Мозес-Лейк, был совершенно другой груз. На борту испытательного самолета Universal Hydrogen, получившего прозвище Lightning McClean, было всего два пилота, инженер и множество технических специалистов, в том числе электродвигатель и водородный топливный элемент, поставленные двумя другими стартапами.
Урезанный салон содержал две стойки с электроникой и датчиками, а также два больших водородных бака с 30 кг топлива. Под правым крылом самолета электродвигатель MagniX приводился в движение новым водородным топливным элементом от Plug Power. Эта система превращает водород в электричество и воду — безэмиссионная силовая установка, которая, по мнению Еременко, представляет собой будущее авиации.
Топливный элемент работал на протяжении всего полета, вырабатывая до 800 кВт энергии и не производя ничего, кроме водяного пара и улыбок на лицах инженеров и инвесторов Universal Hydrogen.
«Мы считаем, что это довольно монументальное достижение, — сказал Еременко. «Это держит нас на пути к тому, чтобы иметь, вероятно, первый сертифицированный водородный самолет для пассажирских перевозок».
В настоящее время на авиацию приходится около 2,5% глобальных выбросов углерода, и, по прогнозам, она будет расти на 4% ежегодно.
Все еще использую реактивное топливо
Самолет Universal Hydrogen также работал на реактивном топливе. Обратите внимание на турбовинтовой двигатель Пратта и Уитни под одним крылом. Кредиты изображений: Марк Харрис
Испытательный полет, который прошел успешно, не означает, что авиация с нулевым выбросом углерода уже не за горами.
Под другим крылом Dash-8 располагался стандартный турбовинтовой двигатель Pratt and Whitney (обратите внимание на разницу на фотографии выше), мощность которого примерно вдвое превышала мощность двигателя на топливных элементах. Эта избыточность помогла наладить отношения с FAA, которое в начале февраля выдало экспериментальный специальный сертификат летной годности для испытаний Dash-8.
Один из летчиков-испытателей, Майкл Боклер, сказал >, что самолет «летел как обычный Dash-8, с небольшим отклонением от курса». Он отметил, что в какой-то момент в горизонтальном полете самолет летел почти полностью на топливных элементах, а турбовинтовой двигатель был выключен.
«Пока оба двигателя не будут работать на водороде, это будет просто шоу», — сказал старший инженер, консультирующий устойчивую авиационную отрасль. «Но я не хочу насмехаться над этим, потому что нам нужны эти ступеньки, чтобы учиться».
Часть проблемы с сегодняшними топливными элементами заключается в том, что их сложно охладить. Реактивные двигатели работают намного горячее, но выделяют большую часть этого тепла через свои выхлопы. Поскольку топливные элементы используют электрохимическую реакцию, а не просто сжигают водород, отработанное тепло необходимо отводить через систему теплообменников и вентиляционных отверстий.
ZeroAvia, еще один стартап, разрабатывающий водородные топливные элементы для авиации, разбил свой первый летающий прототип в 2021 году после того, как отключил топливный элемент в воздухе, чтобы дать ему остыть, и затем не смог его перезапустить. С тех пор ZeroAvia снова поднялась в воздух с гибридной установкой на водороде и ископаемом топливе, аналогичной установке Universal Hydrogen, но на меньшем двухмоторном самолете.
Марк Казин, технический директор Universal Hydrogen, сказал >, что его топливный элемент может работать весь день без перегрева благодаря большим воздуховодам.
Другой проблемой для самолетов на топливных элементах является хранение водорода, необходимого для полета. Даже в своей самой плотной, переохлажденной жидкой форме водород содержит только около четверти энергии аналогичного объема реактивного топлива. Крыльевые баки недостаточно велики для любых, кроме самых коротких полетов, поэтому топливо приходится хранить внутри фюзеляжа. В сегодняшнем 15-минутном полете было использовано около 16 кг газообразного водорода — половина объема, хранящегося в двух баках размером с мотоцикл в пассажирском салоне. Universal Hydrogen планирует переоборудовать свой испытательный самолет для работы на жидком водороде в конце этого года.
Изготовление модулей
Универсальный водородный модуль. Кредиты изображений: Марк Харрис
Еременко стал соучредителем Universal Hydrogen в 2020 году, и компания привлекла 20,5 млн долларов в рамках раунда финансирования серии A 2021 года, проводимого Playground Global. На сегодняшний день финансирование приближается к 100 миллионам долларов, включая инвестиции от Airbus, General Electric, American Airlines, JetBlue и Toyota. Штаб-квартира компании находится недалеко от SpaceX в Хоторне, Калифорния, а инженерный центр находится в Тулузе, Франция.
Теперь Universal Hydrogen проведет дополнительные испытания на озере Мозес. Компания будет работать над дополнительной разработкой программного обеспечения и в конечном итоге переоборудует самолет для использования жидкого водорода. В начале следующего года самолет, скорее всего, будет списан, а топливный элемент отправится в Смитсоновский музей авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия.
Universal Hydrogen надеется начать поставки комплектов для переоборудования топливных элементов для региональных самолетов, таких как Dash-8, уже в 2025 году. У компании уже есть почти 250 заказов на модернизацию на сумму более 1 миллиарда долларов от 16 клиентов, включая Air New Zealand. Джон Томас, генеральный директор Connect Airlines, которая планирует стать первым перевозчиком в США, использующим технологию Universal Hydrogen, сказал, что «партнерство обеспечивает самый быстрый путь к работе с нулевым уровнем выбросов для мировой авиационной отрасли».
Universal Hydrogen не только производит бритвы, но и продает лезвия.
Почти весь водород, используемый сегодня, производится в точке потребления. Это связано не только с тем, что водород легко протекает и может повредить традиционные стальные контейнеры, но главным образом потому, что его наиболее полезную форму — компактную жидкость — нужно хранить при температуре всего 20 градусов выше абсолютного нуля, что обычно требует дорогостоящего охлаждения.
Жидкий водород, использованный в испытании на озере Мозес, поступил от коммерческого поставщика газа «зеленого водорода», то есть он был произведен с использованием возобновляемых источников энергии. Только небольшая часть производимого сегодня водорода производится таким образом.
Если водородная экономика действительно поможет справиться с климатическим кризисом, зеленый водород должен будет стать намного проще и дешевле в производстве, хранении и транспортировке.
Первоначально Еременко основал Universal Hydrogen для разработки стандартизированных водородных модулей, которые можно было бы перевозить стандартными полуприцепами и просто вставлять в самолеты или другие транспортные средства для немедленного использования. Нынешняя конструкция может удерживать водород в жидком состоянии до 100 часов, и он часто сравнивал их с удобством устройств Nespresso. Universal Hydrogen заявляет, что на предстоящее десятилетие у нее есть заказы на топливные услуги на сумму более 2 миллиардов долларов.
Модули-прототипы были продемонстрированы в декабре, и компания надеется начать строительство в конце этого года на производственном предприятии площадью 630 000 квадратных футов в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Этот проект стоимостью почти 400 миллионов долларов зависит от успеха ранее незаявленной кредитной заявки Министерства энергетики США на сумму более 200 миллионов долларов. Еременко говорит, что заявка прошла первый этап комплексной проверки в Министерстве энергетики.
Длинная взлетно-посадочная полоса
Некоторые эксперты скептически относятся к тому, что водород когда-либо окажет существенное влияние на авиационные выбросы. Бернард ван Дейк, авиационный ученый из Коалиции по водородным наукам, высоко оценивает простоту модулей Universal Hydrogen, но отмечает, что даже НАСА с трудом справляется с утечкой водорода с помощью своих ракет. «Вам еще нужно подключить канистры к самолету. Как это все будет безопасно? Потому что, если он протечет и кто-то зажжет спичку, это прямой путь к катастрофе», — говорит он. «Я думаю, что они также недооценивают весь процесс сертификации новой водородной трансмиссии».
Даже когда эти препятствия будут преодолены, остается проблема производства достаточного количества зеленого водорода с использованием возобновляемой электроэнергии по цене, на которую люди будут готовы играть. «Если вы хотите, чтобы все европейские рейсы работали на водороде, вам потребуется 89 000 больших ветряных турбин для производства достаточного количества водорода», — говорит ван Дейк. «Они покроют территорию, примерно в два раза превышающую площадь Нидерландов».
Но Еременко по-прежнему убежден, что Universal Hydrogen и ее партнеры могут заставить ее работать с помощью субсидии в размере 3 долларов за килограмм зеленого водорода в Законе Байдена о снижении инфляции. «Из всех вещей, которые не дают мне спать по ночам, — говорит он, — стоимость и доступность зеленого водорода не входит в их число».
