علمی، پژوهشی و فناوری

سوخت رسانی به هوانوردی سبزتر با هیدروژن: برقی کردن هواپیماهای توربوپراپ کوتاه‌برد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری :علی‌رغم تلاش‌های مداوم برای محدود کردن انتشار CO 2 با وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی، سایر اشکال حمل‌ونقل همچنان نقش مهمی در تولید گازهای گلخانه‌ای دارند. برای رسیدگی به این موضوع، فناوری‌های قدیمی برای سبزتر کردن آن‌ها بازسازی می‌شوند، مانند معرفی مجدد کشتی‌های بادبانی در کشتیرانی و استفاده‌های جدید از هیدروژن در هوانوردی. اکنون، محققانی که در ACS Sustainable Chemistry & Engineering گزارش می دهند ، از مدل سازی کامپیوتری برای مطالعه امکان سنجی و چالش های هوانوردی با نیروی هیدروژن استفاده کرده اند.

 
داریک مالاپراگادا، یکی از همکاران این مطالعه، می‌گوید: «در حالی که راه درازی در پیش است تا حمل و نقل هوایی هیدروژنی در مقیاس انجام شود، ما امیدواریم که تجزیه و تحلیل ما از طراحی سیستم و زیرساخت‌های فعال برای اولویت‌بندی تلاش‌های توسعه استفاده شود.» نویسندگان

به گفته آژانس بین‌المللی انرژی، انتشار CO2 مرتبط با انرژی صنعت هوانوردی در دهه‌های اخیر سریع‌تر از انتشارات ریلی، جاده‌ای و کشتیرانی رشد کرده است. برای کاهش اثرات بالقوه آب و هوایی این رشد، دانشمندان در حال بهبود طراحی و عملکرد هواپیما ، و توسعه سوخت‌های کم آلاینده مانند هیدروژن هستند که برای احتراق مستقیم یا تامین انرژی سلول‌های سوختی الکتریکی استفاده می‌شود.

جذابیت هیدروژن به عنوان منبع سوخت این است که استفاده از آن هیچ CO 2 تولید نمی کند و انرژی بیشتری در هر پوند نسبت به سوخت جت فراهم می کند. آنا سیبولسکی، مالاپراگادا و همکارانش برای درک تأثیر بالقوه تغییر از سوخت جت سنتی به سوخت هیدروژنی در هوانوردی، استفاده از آن را در برقی‌سازی هواپیماهای توربوپراپ منطقه‌ای و کوتاه‌برد مدل‌سازی کردند.

 چکیده گرافیکی اعتبار: ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c02868
محققان محاسبه کردند که حجم اضافی مخزن سوخت هیدروژن و سلول های سوختی که به یک هواپیمای موجود مجهز شده اند باید با کاهش وزن در جاهای دیگر جبران شود، مانند کاهش بار هواپیما (محموله یا مسافر). این می تواند به این معنی باشد که برای تحویل همان محموله به پروازهای بیشتری نیاز است.

با این حال، مدل این تیم پیشنهاد می‌کند که بهبود در قدرت پیل سوختی و شاخص وزنی سیستم سوخت (وزن سوخت نسبت به وزن مخزن پر سوخت) می‌تواند نیاز به کاهش بار را از بین ببرد و در نتیجه اثرات زیست‌محیطی را از بین ببرد. پروازهای اضافی در همان زمان، آنها اشاره کردند که تغییر به پروازهای هیدروژنی ممکن است انتشار CO 2 صنعت هوانوردی را تا 90 درصد کاهش دهد.

یک چالش بزرگتر از تغییر انواع سوخت های هوایی ممکن است فراهم کردن زیرساخت های مورد نیاز برای تولید و توزیع هیدروژن به شیوه ای کم کربن و مقرون به صرفه باشد. یکی از روش‌های تولید کم کربن از اصلاح گاز طبیعی (استخراج هیدروژن از گاز متان) همراه با جذب کربن استفاده می‌کند، اما نیاز به دسترسی به زیرساخت‌ها و مکان‌های جداسازی CO2 دارد .

یکی دیگر از گزینه های سبز الکترولیز است که آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کند و می تواند با استفاده از برق یک نیروگاه هسته ای یا منابع تجدید پذیر انجام شود. اما این امر تقاضای قابل توجهی را به شبکه های برق اضافه می کند. Cybulsky و همکارانش خاطرنشان کردند که از آنجایی که قیمت برق شبکه می تواند در سراسر یک منطقه بسیار متغیر باشد، ممکن است انتقال هیدروژن از یک مرکز تولید کم هزینه به کاربران نهایی مقرون به صرفه تر باشد.

به این دلایل، محققان پیشنهاد می‌کنند که راه‌اندازی هوانوردی مبتنی بر هیدروژن ممکن است از مکان‌هایی آغاز شود که شرایط مطلوبی برای تولید هیدروژن دارند، مانند هامبورگ، آلمان یا بارسلون، اسپانیا. زیرساخت های مورد نیاز برای حمایت از استفاده از هیدروژن در هوانوردی همچنین به تلاش های کربن زدایی در سایر صنایع، از جمله حمل و نقل جاده ای و کشتیرانی، با در دسترس قرار دادن سوخت هیدروژنی کمک می کند.