Pokud jde o boj s emisemi uhlíku, letecká doprava je hodně na ráně. Ve vzduchu visí rozličné regulace a zákazy. Výrobci letadel ale, jak se zdá, neprodají kůži lacino. Je to dobře, protože vývoj nových technologií je vítězstvím pro všechny.
Společnost Airbus spojila síly s Toshibou a společně vyvíjejí superúčinný supravodivý letecký motor. Pohánět ho bude kapalný vodík, který bude současně chladit kryogenní pohon a další systémy. Kontrakt podepsali před pár dny na výstavě Japan Aerospace 2024.
Ze všech dostupných možností, jak snížit emise letecké dopravy, se v dnešní době jeví jako nejvíce nadějné využití vodíku jako paliva. Vodík nabízí relativně vysokou hustotu obsažené energie a současně má tu výhodu, že jeho spalováním vzniká čistá voda. Současně je ale také vodík poněkud uživatelsky náročný. Vodíkový pohon zabírá v letadle mnoho místa. Jedinou víceméně schůdnou variantou je používat pro letadla pohon s kapalným vodíkem. To je kryogenní záležitost s teplotou pod mínus 253 °C.
Koncept vodíkem poháněného letounu vypadá tak, že vodík vstupuje do palivových článků, které generují elektřinu, jak pro pohon, tak i pro další systémy letadla. Elektřina může nabíjet baterie anebo přímo pohánět motory. Problém je v tom, že klasické elektrické motory s dostatečným výkonem na to, aby byly pro takovou konfiguraci praktické, by byly velmi těžké. Mají nepříznivý poměr výkonu k váze motoru.
Ve snaze obejít toto omezení odborníci dceřiné společnosti Airbus UpNext a divize pro energetiku Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation vyvíjejí technologii, která zařídí, že před vstupem do palivových článků bude kapalný vodík chladit kryogenní supravodivý motor.
Supravodivý elektromotor je sice nutné udržovat v kryogenním stavu, ale má zásadní výhodu v tom, že je více než třikrát lehčí než standardní elektromotor se srovnatelným výkonem. Vzhledem k tomu je supravodivý elektrický pohon atraktivní pro pohon letounů. Domluvená spolupráce by měla vést ke spojení projektu Airbusu Cryoprop demonstrator a prototypu supravodivého 2MW motoru Toshiby, který je výsledkem půl století trvajícího úsilí.
Video: Airbus & Toshiba partner on superconductivity research
Literatura
Airbus vyvíjí supravodivý letecký pohon, který bude chlazený palivem
Autor: Stanislav Mihulka (22.04.2021)
Britští Reaction Engines vyvíjejí amoniakové reaktory pro letadla
Autor: Stanislav Mihulka (14.11.2021)
Důmyslný modernizační systém předělá dieselový motor na 90% vodíkový pohon
Autor: Stanislav Mihulka (16.10.2022)
Rolls-Royce poprvé zažehli letecký turbovrtulový motor na vodík
Autor: Stanislav Mihulka (01.12.2022)
Diskuze:
Nádrže
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-26 20:48:44
Ještě mě napadlo, jak by šlo ty nádrže celkem rozumně řešit - že by byly součástí gondoly hned za motorem. Motor by vyčníval několik metrů před křídlo tak, aby prostor pro palivovou nádrž byl přesně v úrovni křídla a nedocházelo k posouvání těžiště letadla vlivem spotřeby paliva za letu. Nebylo by potřeba zabírat prostor v trupu a vliv na aerodynamiku by byl jen malý. Otázka je, zda by se tam paliva vešlo smysluplné množství (vodík má malou hustotu) a zůstávala by ta komplikace s vodíkovou logistikou na letišti.
Re: Nádrže
F M,2024-10-27 01:42:51
Ten objem je krutý zhruba 3x na stejnou energii https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_density. Sice ve vodíkovém článku bude o chlup lepší efektivita, ale bude potřeba minimálně ten vodík ohřát na teplotu při které bude ten článek schopný fungovat (nezničí se?). Z venku to teplo asi brát nepůjde bo by to hodně namrzalo (možná za letu), dle wiky tam je 1/3 energie paliva potřeba odebrat k ochlazení, tak naopak to bude stejně. Zkapalnit vodík a provozovat bezpečně celou tu infrastrukturu bude taky ekologický počin. Otázka zní co se od toho čeká, trochu pomaleji (asi by pomohla i větší nosná plocha) třeba do Řecka nebo Londýna by to asi šlo.
Ještě mě napadá jak to bude s tou váhou toho motoru (nádrže budou těžké samozřejmě), nesrovnává se to s běžným, ale s elektrickým a ještě "až" 3x, ten článek taky nebude vážit 1kg.
Re: Re: Nádrže
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-27 02:17:49
Zkapalnit plyn je energeticky náročnější než převést kapalinu do plynného stavu. Účinnost je špatná. A čím větší teplotní rozdíl je při zkapalňování nutné překonávat, tím je to horší. Naopak to jde snáze. A řekl bych, že palivový článek vyprodukuje mnohem víc odpadního tepla, než by na ohřátí vodíku bylo potřeba.
Se zbytkem souhlas.
Re: Re: Re: Nádrže
F M,2024-10-28 01:43:14
Myslím, že to mají na cs wiky špatně přeloženo/nedobře napsáno a to větší číslo je nejen odebrané teplo, ale i ten proces. V angličtině je to tak nějak nejednoznačně (tedy s mou bídnou). Je to skoro na začátku, těsně před historií. Slepě jsem vzal to "praktické" (40) to by asi nevycházelo, ale těch 14MJ tepla z kg ten článek určitě vyprodukuje.
https://cs.wikipedia.org/wiki/Kapaln%C3%BD_vod%C3%ADk
https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_hydrogen
Co dilatace?
Petr Mikulášek,2024-10-25 21:24:19
Počítám, že po nachlazení se ty motory pěkně smrsknou. A víc jak 100K jinde budou i tolerance uložení někde jinde. A vodík je svině, stačí mu malá skulinka... Nějak jsem si při té úvaze vzpomněl, jak si Amíci hráli s U2. Než se to dostalo na provozní rychlost a zahřálo se třením o vzduch, tak a nádrží pršelo palivo. Tohle bude asi něco podobnýho, za studena to bude funět pryč.
Akorát nechápu, proč se použije palivový článek na elektriku, pak ztráty na vedení / regulaci a nakonec elektromotor, když je vodík normálně hořlavý a můžou s tím udělat klasický turboprop?
Re: Co dilatace?
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-26 00:41:20
Ten problém s netěsnými nádržemi byl u SR-71. U2 byl podzvukový, tam k velkému zahřátí vlivem rychlosti nedochází.
Myslel jsem, že palivový článek má účinnost přes 50%, to je pro plynovou turbínu asi nedosažitelné (v plynových elektrárnách to je možné jen díky tomu, že za turbínou je ještě parní cyklus využívající teplo spalin). Každopádně to stejně chápu jen jako jakési inženýrské cvičení. Kdyby už z nějakého důvodu opravdu nebylo možné létat na ropná paliva, bylo by letectví jedním z mála odvětví, kde by dávalo smysl využití alespoň biopaliv. Energetickou hustotu a náročnost skladování prostě okecat nejde.
Re: Re: Co dilatace?
Petr Mikulášek,2024-10-26 04:17:52
Jo, pravda, nějak jsem si ty stroje popletl. Každopádně problémy s rozdílem teplot budou asi dost velký. On se sice vodík na chlazení točivých strojů používá, ale ne zkapalněný a ne na úroveň supravodičů.
On celý problém vodíku je, že aby šel rozumně skladovat, je nejlepší ho nalepit na jiný prvek. Který musí být lehký, netoxický, dostupný a umožnit jeho náhradu kyslíkem s pozitivní energetickou bilancí. Takže uhlík.
Vodík? No, nevím
Vlastimil Holeček,2024-10-25 09:26:25
S vodíkem je spojeno tolik patálií, od výroby přes distribuci, uchování a následné použití, že mu moc velkou šanci nedávám. Ono těch padesát let vývoje asi mluví za vše. To bych už víc věřil na nějaké baterie s hustotou okolo 1 kWh na kilo.
Co se neříká...
Honza Ch.,2024-10-24 20:53:47
Je to hodina nebo mi to tak jen připadá?
50 let se o něco snaží a teď s tím chtějí létat...
Vodík má sice ~ 3x více MJ na kg proti kerosinu, což vypadá na první pohled super.
Ale taky 1kg je 14.1 litrů, takže to zabere 3.7x víc prostoru.
A ještě víc prostoru to zabere ohledně nádrží, slušně chlazená + různé serepetičky kolem.
Takový Airbus A320 má 24k - 30k litrů nádrž, takže se bavíme o 90k - 110k litrů tekutého vodíku.
Jen ty nádrže budou vážit nesmysl a zabírat ještě větší nesmysl, na (americké) cestující už nezbyde místo ani váhový limit.
Než to vzlétne, kde a jak dlouho se to bude tankovat...až to dosedne, co se udělá se zbytkem paliva?
Asi v tom budou létat za trest ti zelení pošuci...
Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-24 23:52:42
On článek tu nevýhodu velkého objemu i lehce zmínil. Jinak s kryogenním vodíkem jsou spojené další nevýhody:
1. Letecké palivo se skladuje převážně v křídlech, ale křídlo je široké a placaté. U kerosinu ten tvar nevadí, protože nádrže nevyžadují silnou izolaci stěn. Ale u kryogenního vodíku by velkou část objemu křídla zabrala izolace samotná. Optimální z hlediska poměru objemu paliva vs. objemu izolace by byla jedna velká válcová (nebo ještě lépe kulová) nádrž. Ale ta by se vešla jedině do trupu letadla. Tím by se přišlo o výhody uložení v křídlech (využití jinak mrtvého prostoru, lepší rozložení hmotnosti, vyšší bezpečnost cestujících).
2. Kryogenní vodík se udržuje v kapalném stavu tak, že se samovolně odpařuje a v plynném stavu se nechá unikat z nádrže. Za letu by to nebyl problém, protože odpařený vodík by se spotřeboval na pohon palivových článků. Kdyby ale letadlo stálo na zemi a nádrže by nebyly zcela prázdné, neustále by odpařený vodík odfukoval do atmosféry, případně do nějaké odtahové hadice (kterou by ale někdo musel po přistání připojit a před rolováním zase odpojit). K tomu by bylo nutné řešit problémy s námrazou kolem otvorů pro plnění a odsávání odpařeného vodíku (dobře je tu námrazu vidět před startem kosmických raket, kde se řeší prakticky totéž). Takže z hlediska letištní logistiky by kryogenní vodík znamenal proti kerosinu komplikace navíc.
3. Na rozdíl od kerosinu je vodík výbušný.
Re: Re: Co se neříká...
Honza S.,2024-10-25 00:56:22
Řešením by mohlo být použít tu kulovou nebo válcovou nádrž, odebrat křídla, a místo vodíku použít helium. Ten také není výbušný. Ale bude v tom určitě nějaký háček...
Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-25 01:31:40
Vzducholodě jsou relativně pomalé. A helium je neobnovitelná surovina.
Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
Oldřich Vašíček st.,2024-10-25 08:11:29
Pomalé sice ano, ale taky něco unesou. Problém je, že mají i velký objem a hůře se ovládají při velkém větru.
Jak se rozjede jaderná fúze, tak bude helia dost. :)
Ono vzniká i při štěpné reakci, jako nežádoucí produkt. Tak by se dalo taky odebírat. :)
Re: Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-25 10:21:51
Vlak uveze víc a pomalejší je jen v případě, že chybí přímé kolejové spojení. Takže jednoznačnou výhodu by měly jen nad mořem. A nad otevřený oceán už bych se ve vzducholodi bál kvůli cyklonům. Létaly tam někdy?
Toho helia z fúze zas tolik vznikat nebude. Přece jen jsou jaderné reakce o několik řádů efektivnější co se týče spotřeby paliva a produkce vedlejších produktů než chemické reakce. Bylo by zajímavé si k tomu sednout a přibližně to množství spočítat, ale předem tipuji, že ze všech elektráren na světě by ročně vzniklo helia tak na naplnění jedné vzducholodě.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-25 14:32:56
Tak jsem si to zkusil spočítat a jestli jsem neudělal v postupu chybu, nevypadá to zas tak špatně, jak jsem si myslel. Dalo by se tak naplnit 30 vzducholodí velikosti Hindenburgu ročně. Což by ale bohužel stačilo tak pro jeden stát, ne pro celý svět při současné intenzitě letecké dopravy. Počítám se situací, že by veškerou výrobu elektřiny na světě zajišťovaly fúzní elektrárny, všechno vzniklé helium by se podařilo zachytit a při chlazení supravodivých cívek heliem by nedocházelo k žádným únikům.
Postup výpočtu:
D + T → He + n + 17,59 MeV
1 eV = 1.602e-19 J
17 MeV = 2.818e-12 J
1 mol = 6.022e+23 částic
1 mol D + 1 mol T → 1 mol He + 1,697e+12 J
1,697e+12J = 471,4 MWh
Ze 471,4 MWh tepla při účinnosti fúzní elektrárny řekněme 20% vznikne 94,27 MWh elektřiny.
Celosvětová výroba elektřiny v roce 2021 byla 25,34e+9 MWh. Při výrobě toho množství elektřiny by vzniklo ~268,8e+6 molů helia.
1 mol helia má objem 0,0224 m3
Hindenburg měl objem 200 000 m3
200000 / 0,0224 = 8928571
K naplnění Hindenburgu by bylo potřeba 8,929e+6 molů helia
268,8 / 8,929 = 30,1
Helium ročně vyprodukované všemi fúzními elektrárnami by naplnilo Hindenburg 30x
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-25 15:51:55
Už jednu drobnou chybku vidím, ale neovlivňuje výsledek. Chybí mi dvě cifry za desetinnou čárkou:
17,59 MeV = 2.818e-12 J
Kdyby se někomu chtělo, ať mě překontroluje.
Re: Re: Co se neříká...
Petr Mikulášek,2024-10-25 21:28:51
4. Vodík je tak malý, že difunduje do materiálu a rozrušuje jej. Říká se tomu vodíkový křehnutí. Výrobcům se bude líbit furt za poplatek měnit nádrže, aerolinkám asi o něco míň a bezpečáci z toho dostanou chronickou insomnii....
Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-26 00:28:59
Každý materiál na vodíkové křehnutí náchylný není, např. některé nerezové oceli. A ty nádrže by nejspíš neměly žádný nebo jen malý přetlak, takže by stačil jen tenký plášť... ovšem pak tlustou izolaci
Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
Petr Mikulášek,2024-10-26 06:35:39
Ale zase jsme u toho, že oceli jsou hustotně kolem 3.5t/㎥ a hliník má 2.7t/㎥. Navíc to musí odolávat cyklování, bude se tam přece měnit tlak a teplota. A jako bonus, některý nerez oceli v nízké teplotě křehnou... Jo, a musí to být svařitelný. U takové potvory a malýma molekulama, jako je vodík, asi nýtovaný spoj moc použitelný nebude.
No a když si člověk připočítá ještě tepelnou izolaci, který něco váží a zabere nějaký prostor... To už je lepší uhlovodík kapalný v rozsahu venkovních teplot.
Re: Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-26 11:40:47
Oceli jsou hustotně kolem 7,5-8 t/㎥. Zase na druhou stranu jsou pevnější než slitiny hliníku, takže konstrukční části nemusí být tak masivní.
Právě že nízkouhlíkové, austenické oceli odolávají velmi dobře hluboce kryogenním teplotám. Stejně jako vysokým teplotám. Např. 304L
V kryogenní nádrži nemusí být žádný, nebo jen minimální přetlak. Tím se omezí na minimum jak mechanické namáhání, tak snaha vodíku unikat.
Hlavní problém bych viděl opravdu jen v té izolaci. A pokud by se někdo mermomocí snažil ty nádrže dostat do křídel, musel by řešit ještě problém s pružností izolační vrstvy. Křídlo je za letu turbulencemi neustále ohýbáno nahoru a dolů v docela velkém rozsahu. Většina izolačních materiálů buď není pružná vůbec a nebo jen při normálnějších teplotách. Ale třeba něco existuje?
Nicméně spíš čekám, že by nádržemi prostě zabrali užitečný prostor v prostřední části trupu. A to se "vyplatí". V zadní části být nemůžou, protože by se za letu měnilo těžiště letadla. To je jedním z hlavních důvodů, proč se umisťují do křídel.
Re: Re: Co se neříká...
Pavel A1,2024-10-25 22:12:39
No tak to můžou přehodit. Nádrž bude v trupu a cestující budou ležet v křídlech. A aby se kolem nich nemusely plazit letušky, tak bude občerstvení formou running sushi.
Re: Re: Co se neříká...
F M,2024-10-26 01:58:14
Kolik má výkon motor většího dopravního letadla? Myslím, že toto je oproti tomu tintítko, co jsem se koukal je to o cca 2 řády rozdíl. Ale o letectví vím prd, tak je možné, že motám jablka s ananasy. Ale pokud se nepletu, tak to spíš bude pohonná jednotka nějakého malého letadla, tam se to snad dá dát místo prázdného prostoru trupu? Škálovat směrem nahoru nemusí být možno, třeba kvůli objemům/povrchům a změnám tepla (transportu tepla). Pedpokládám, že do toho článku by se to muselo ohřát alespoň na nějaké rozumné teploty?
Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-26 02:47:56
1. je otázka, jestli je výkon toho supravodivého motoru podstatný, když jde o 'proof of concept'
2. s tím výkonem je to složitější. U pístového či turbovrtulového motoru výkon změříte na brzdě, u proudového motoru je rozhodujícím údajem tah. Asi by napověděla hodinová spotřeba paliva
3. (turbo)vrtulová letadla létají až na pár výjimek o několik set km/h pomaleji než proudová (cca 500-700 km/h). Tady s tím asi počítají také. Nemyslím, že by mělo jit o náhradu jetlinerů. Přibližný ekvivalent by mohlo být toto:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Fokker_50
4. nevím, jestli je u menších letadel v trupu nějaký významnější prázdný prostor. Spíš bych řekl, že čím menší letadlo, tím méně prostoru. Ale pokud by počítali jen s kratšími lety, stačila by menší nádrž.
Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
F M,2024-10-27 01:08:36
Ten prázdný prostor jsem myslel u jednomotorových letadel v chvostu, případně posunutí kabiny o kousek dál. Pravda 2x nebo 4x by to už už nějaké malé dopravní letadlo na krátkou vzdálenost zvládlo. Sranda bude ta cena, vzpomněl jsem si na el. mobily a dotovaný luxus, tak mě napadl ten malý jednomotorový stroj jako "ekologická" náhrada malých soukromých letadel.
Re: Re: Re: Re: Re: Co se neříká...
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-27 01:52:52
Jak už jsem zmiňoval jinde, dávat palivovou nádrž do zadní nebo přední části trupu není dobrý nápad, protože jak by se palivo za letu spotřebovávalo, výrazně by se měnilo těžiště letadla. Je to jeden z hlavních důvodů, proč jsou nádrže v křídlech.
Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
