史上最大の水素燃料電池飛行機が飛行

Mar 16, 2023

自動車の世界では、バッテリーが急速に将来のエネルギー源になりつつあります。 ただし、より負荷の高いタスクの場合は、単にマスタードをカットする必要はありません。 そのエネルギー密度は液体燃料のほんの一部であり、その仕事を成し遂げることはできません。 このような分野では、水素は将来のよりクリーンな燃料として期待されています。

ユニバーサル・ハイドロジェン社は、電池ではできないことを水素が航空分野で実現できることを期待している。 同社はまさにこの目的のために飛行可能な燃料電池を開発しており、まさにその目標に向けて試験飛行を開始している。

バッテリー技術が十分に進歩し、まともで使える電気自動車を製造できるようになったのはつい最近のことです。 それでも、空力セダンから数百マイルの航続距離を得るには、通常、1,000 ポンド以上のバッテリーが必要になります。 車よりもはるかに多くの電力を必要とする航空機にとって、バッテリーは実行可能な電源ではありません。 しかし、水素は化石燃料と同等のエネルギー密度を持つため、実行可能な代替手段となる可能性があります。 化石燃料と同様に、内燃エンジンやジェット エンジンで燃焼することができ、二酸化炭素を排出せず、最小限ではあるが測定可能な量の窒素酸化物を生成します。 さらに良いことに、燃料電池を使用すると、副産物として水だけで電気エネルギーを生成することができます。

水素は、重量と体積の両方において、エネルギー密度が化石燃料に匹敵します。 それに比べて、バッテリーの状態ははるかに悪いです。 ただし、この比較は燃料そのものに関するものであり、水素を正しい温度と圧力に維持するために必要なタンクなどの貯蔵インフラは考慮していないことに注意してください。

このため、ユニバーサルハイドロジェンは、燃料電池飛行に関する最初の大規模なテストに向けて取り組んでいます。 同社は最近、2月にタクシー試験を完了し、実験用デ・ハビランド・カナダ・ダッシュ8-300試験機の特別耐空証明書の確保に貢献した。 それを利用して、計画された 2 年間の一連のテストで初飛行を追求することができました。

伝統的に、ダッシュ 8-300 は地域のターボプロップ旅客機であり、構成に応じて約 50 人の乗客を運ぶことができます。 しかし今回の場合、ユニバーサル・ハイドロジェン社は飛行機を大幅に改造し、エンジンの1つを航空会社マグニクス社の電気モーターに置き換えた。 モーターにはメガワット級の水素燃料電池から電力が供給され、飛行機には合計30kgの燃料を運ぶ2つの水素タンクも装備されていた。

ライトニング・マクリーンという愛称が付けられたこの飛行機は、最初の実機テストとして、15分間の飛行を行った。 高度は海抜3,500フィートに達した。 燃料電池は飛行中に最大 800 kW の電力を供給し、大気中への出力は水蒸気のみでした。 テストでは約16kgの燃料が使用されました。

もちろん、航空業界が保守的なビジネスであることは有名であり、そのため、この初期段階では航空機が水素を動力とするモーターを 1 つしか稼働させなかったのです。 ダッシュ 8 のもう 1 つの標準的なプラット アンド ホイットニー ターボプロップ機は飛行中に走行しました。 しかし、ある段階で乗組員がターボプロップのスロットルを最小近くまで絞り、飛行機はほぼ完全に燃料電池の電力のみで飛行した。 今のところ、試験飛行は水素航空のリスクの低いデモです。 ただし、水素パワートレインを飛行可能なコンポーネントとして認定できるレベルまで引き上げるためには、このようなテストでデータを収集することが重要です。

まだ初期段階ではありますが、ユニバーサル・ハイドロジェン社は航空分野における水素の将来について明確な計画を持っています。 同社の試験は、水素を燃料とする推進システムを実証するだけでなく、航空機に水素を燃料として使用する方法についての同社のアイデアも明らかにする。

ユニバーサル・ハイドロジェンは、空港に新しい水素燃料タンクや燃料補給インフラを設置する予定はない。 代わりに、航空機に独自の「水素モジュール」を採用しています。 これらの標準化されたモジュールは本質的に大型の水素カートリッジであり、同社はこれをネスプレッソポッドに例えています。 既存の空港貨物輸送および物流インフラを利用して容易に管理できるという考えです。 モジュールは飛行機の胴体に積み込んで機内に接続するだけです。 同社の見方では、この方法論は、世界中のすべての空港が自動的に「水素対応」していることを意味します。

燃料供給の問題を解決することは、ユニバーサル水素の将来の目標にとっても鍵となります。 同社はすでに 16 社の顧客から、既存の航空機に自社の水素パワートレイン技術を改修する約 250 件の注文を記録しています。 同社は、早ければ2025年にも10億ドル以上相当のこれらの注文の納入を開始すると予想している。同社が自社技術に対する広範な承認をまだ獲得していないことを考えると、これは高い目標かもしれない。 しかし、同社の注文帳がすでに溢れかえっているというのは、老舗航空会社の信頼の表れである。

最初の試験飛行は成功したが、ユニバーサル水素にはまだ克服すべきハードルがたくさんある。 同社は自社の技術についてFAAや世界中の関連当局から承認を得る必要がある。 これを達成するには、ハードウェアが航空業界で期待される厳格な信頼性基準を満たしていることを証明する必要があります。

さらに、水素の貯蔵、輸送、生産を取り巻く問題にも取り組まなければなりません。 同社のモジュールは素晴らしいアイデアですが、現在のソリューションは最短飛行以外のことに取り組むには拡張する必要があります。 水素は重量で言えばエネルギー密度が高いかもしれませんが、体積で言えばジェット燃料のわずか 4 分の 1 です。 これは、水素燃料飛行機のペイロードに悪影響を与える可能性があります。 生産も問題です。 燃料電池に水素を流すのはクリーンかもしれませんが、水素の生成自体は非常に汚いプロセスになる可能性があります。 クリーンな電気を使用したグリーン水素の製造方法は、恐竜のジュースをさらに掘り出すよりも持続可能な選択肢にするための鍵となります。

水素が自動車燃料の主流として定着する可能性は低いと思われます。 それにもかかわらず、バッテリーはトラック、電車、飛行機などの耐久性の高い用途には依然として実行可能なソリューションを提供していません。 より優れたものが登場するまでは、これらの産業からの排出物を浄化するには依然として水素が最善の策である可能性が高い。 今後 10 年か 20 年以内にそれを実現するには、多くの骨の折れる作業とエンジニアリングが必要になるでしょう。