Aviācijas nozare šobrīd atrodas uz vēsturisku pārmaiņu sliekšņa. Kamēr pasaule cīnās ar klimata pārmaiņām, aviācija bieži tiek izcelta kā viena no sarežģītākajām nozarēm, ko dekarbonizēt. Tradicionālās reaktīvās dzinēju tehnoloģijas, kas balstās uz fosilo aviācijas degvielu, rada ievērojamu daudzumu oglekļa dioksīda (CO2) un slāpekļa oksīda emisiju. Šajā kontekstā ūdeņradis ir kļuvis par vienu no daudzsološākajiem kandidātiem, kas varētu pilnībā transformēt to, kā mēs pārvietojamies pa gaisu.

Kāpēc tieši ūdeņradis? Enerģijas blīvums un tīrība

Ūdeņradis kā degviela piesaista inženieru uzmanību galvenokārt viena iemesla dēļ: tā enerģijas blīvums uz masas vienību ir trīs reizes lielāks nekā parastajai aviācijas degvielai. Tas nozīmē, ka ūdeņradis spēj nodrošināt milzīgu jaudu, kas nepieciešama, lai paceltu gaisā tonnām smagus gaisa kuģus. Taču svarīgākais ir tā ekoloģiskais aspekts – sadedzinot ūdeņradi dzinējā vai izmantojot to degvielas šūnās, vienīgais blakusprodukts ir ūdens tvaiki.

Atšķirībā no elektriskajām lidmašīnām, kuras ierobežo smago akumulatoru svars un zemā ietilpība, ūdeņradis piedāvā reālu potenciālu vidējiem un pat gariem pārlidojumiem. Tas ļauj saglabāt lidmašīnas vieglumu un efektivitāti, vienlaikus pilnībā izslēdzot tiešās oglekļa emisijas lidojuma laikā. Tomēr ūdeņradis nav bez izaicinājumiem – tas aizņem daudz vietas, tādēļ tas ir jāuzglabā vai nu ļoti augstā spiedienā, vai kriogēnā stāvoklī (šķidrā veidā) pie temperatūras -253°C.

Airbus un “ZeroE” projekts: Ambīcija kļūt par pirmajiem

Lielākais spēlētājs ūdeņraža aviācijas laukā šobrīd ir Eiropas aviācijas gigants Airbus. Ar savu ambiciozo “ZeroE” programmu uzņēmums ir apņēmies līdz 2035. gadam radīt pasaulē pirmo komerciālo lidmašīnu ar nulles emisiju līmeni. Airbus ir prezentējis trīs dažādus konceptus, kas varētu mainīt mūsu priekšstatus par lidmašīnu dizainu.

• Turbopropelleru dizains: Paredzēts īsiem reģionālajiem lidojumiem (līdz 100 pasažieriem), kur ūdeņradi izmanto dzinēju darbināšanai.
• Turboventilatora dizains: Līdzīgs mūsdienu lidmašīnām, spējīgs pārvadāt līdz 200 pasažieriem un veikt starpkontinentālus lidojumus.
• “Blended-Wing Body” (Saplūstošo spārnu korpuss): Futūristisks dizains, kur korpuss un spārni saplūst vienā veselumā, nodrošinot milzīgu iekšējo telpu ūdeņraža tvertņu uzglabāšanai.

Šie koncepti nav tikai skaistas bildes prezentācijās. Airbus jau šobrīd veic aktīvus dzinēju testus un sadarbojas ar lidostām, lai izveidotu nepieciešamo infrastruktūru ūdeņraža uzpildei.

Tehnoloģiskie šķēršļi: No uzglabāšanas līdz dzinējiem

Lai gan teorijā ūdeņradis izskatās ideāli, praksē aviācijas nozarei ir jāpārvar milzīgi tehniskie šķēršļi. Pirmais un galvenais ir uzglabāšana. Tā kā ūdeņradim ir mazs tilpuma blīvums, tam nepieciešamas tvertnes, kas ir aptuveni četras reizes lielākas nekā pašreizējās degvielas tvertnes, lai nodrošinātu tādu pašu enerģijas daudzumu. Tas nozīmē, ka lidmašīnu korpusi būs jāpārveido, iespējams, upurējot daļu vietas pasažieriem vai kravai.

Otrs aspekts ir dzinēju tehnoloģija. Inženieri strādā pie diviem virzieniem: ūdeņraža tiešā sadedzināšana modificētos gāzes turbīnu dzinējos un ūdeņraža degvielas šūnas, kas ražo elektrību, lai darbinātu elektromotorus. Katrai no šīm pieejām ir savi plusi un mīnusi efektivitātes un svara ziņā. Turklāt, strādājot ar šķidro ūdeņradi, nepieciešamas sarežģītas siltumizolācijas sistēmas, lai novērstu degvielas izgarošanu vai sasalšanu nepiemērotā brīdī.

Lidostu infrastruktūras revolūcija

Pāreja uz ūdeņradi neapstājas pie pašas lidmašīnas. Lidostām būs pilnībā jāpārveido sava loģistika. Šobrīd aviācijas degviela tiek piegādāta pa cauruļvadiem vai ar autocisternām un uzglabāta milzīgās tvertnēs. Ūdeņraža gadījumā būs nepieciešamas vai nu jaunas, augsti tehnoloģiskas ražotnes tieši lidostu teritorijā, vai sarežģītas kriogēnās transportēšanas sistēmas.

Lai ūdeņradis patiešām būtu “zaļš”, tam ir jābūt ražotam, izmantojot atjaunojamos energoresursus (vēju vai sauli) elektrolīzes procesā. Ja lidostas kļūs par ūdeņraža mezgliem, tās varētu apkalpot ne tikai lidmašīnas, bet arī sauszemes transportu, tādējādi kļūstot par ilgtspējīgas enerģijas centriem pilsētās. Tomēr šādas infrastruktūras izbūve prasīs miljardiem eiro lielas investīcijas un globālu standartizāciju.

Vai ūdeņradis uzvarēs SAF un baterijas?

Noslēgumā jājautā – vai ūdeņradis ir vienīgais ceļš? Aviācijas nozare šobrīd paralēli attīsta arī ilgtspējīgu aviācijas degvielu (SAF), ko var izmantot jau esošajos dzinējos bez lielām izmaiņām. SAF ir ātrāks risinājums emisiju samazināšanai šodien, taču tā ražošanas apjomi ir nepietiekami un izmaksas – augstas.

Ūdeņradis ir ilgtermiņa spēle. Kamēr akumulatoru tehnoloģijas būs piemērotas tikai mazām lidmašīnām un īsiem “gaisa taksometru” braucieniem, ūdeņradis ir vienīgā zināmā tehnoloģija, kas nākotnē varētu nodrošināt pilnvērtīgus tālās distances lidojumus bez CO2 nospieduma. Ceļš uz 2035. gadu būs izaicinājumu pilns, taču inovācijas, ko mēs redzam šobrīd, liecina, ka lidošana vairs nekad nebūs tāda, kādu to pazīstam šodien. Mēs esam liecinieki jaunai ērai, kurā debesis kļūs ne tikai pieejamākas, bet arī tīrākas.