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Airbus, GE Aviation, Safran per sviluppare un dimostratore di prova di volo a idrogeno

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Airbus intende utilizzare un A380 modificato dotato di serbatoi di idrogeno come piattaforma di prova.

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Airbus ha annunciato martedì che sarà partner con GE Aviation e CFM International per "test di volo un motore a combustione diretta alimentato da idrogeno in preparazione per l'entrata in servizio di un aereo a zero emissioni entro il 2035"

Il presidente e CEO di Airbus Americas Jeff Knittel ha detto che l'aereo di prova sarà un Airbus A380 modificato - attualmente l'aereo di linea passeggeri più grande del mondo - equipaggiato con quattro serbatoi di idrogeno liquido che alimenteranno un motore turbofan GE Passport situato lungo la fusoliera posteriore dell'aereo.

Il piano generale dei test di volo è ancora in fase di determinazione, ha detto Airbus, ma i piani attuali prevedono il primo volo del dimostratore entro la fine del 2026. Le scelte tecnologiche finali dovrebbero essere fatte entro la fine del decennio, la società ha detto, in tempo per un nuovo aereo a zero emissioni per entrare nel mercato entro l'obiettivo del 2035.

L'annuncio di martedì è l'ultimo sviluppo dell'iniziativa di Airbus volta a esplorare il potenziale dell'idrogeno come combustibile alternativo nella speranza di spingere l'industria dell'aviazione più vicina alle emissioni di carbonio nette-zero. Fa parte di un movimento più ampio in tutti i settori dell'aviazione guidato dalla minaccia del cambiamento climatico globale.

Un partenariato USA-Europa

Insieme ad Airbus, la partnership per il dimostratore di idrogeno include CFM International, che è di proprietà congiunta di GE Aviation e Safran Aircraft Engines.

"Sfruttando l'esperienza dei produttori di motori americani ed europei per fare progressi sulla tecnologia di combustione dell'idrogeno, questa partnership internazionale invia un chiaro messaggio che la nostra industria è impegnata a rendere il volo a zero emissioni una realtà", ha detto Sabine Klauke, direttore tecnico di Airbus

I serbatoi di idrogeno liquido dell'A380 saranno sviluppati nelle strutture di Airbus in Francia e Germania. Airbus definirà i requisiti del sistema di propulsione a idrogeno, supervisionerà i test di volo e fornirà l'attuale piattaforma dell'A380 per testare il motore a combustione a idrogeno in fase di crociera

Da parte sua, CFM International modificherà il combustore, il sistema di carburante e il sistema di controllo del turbofan GE Passport per funzionare a idrogeno

Airbus ha detto che il motore, che è assemblato negli Stati Uniti, è stato selezionato per questo programma a causa delle sue dimensioni fisiche, del macchinario turbo avanzato e della capacità di flusso del carburante. I piani prevedono che venga montato lungo la fusoliera posteriore dell'A380 in modo che le emissioni del motore, comprese le scie, possano essere monitorate separatamente, a parte i motori convenzionali che alimentano il banco di prova

CFM dovrebbe eseguire un vasto programma di test a terra prima del test di volo dell'A380. "La capacità di combustione dell'idrogeno è una delle tecnologie fondamentali che stiamo sviluppando e facendo maturare nell'ambito del programma CFM RISE", ha dichiarato Gaël Méheust, presidente e CEO di CFM. "Riunendo le capacità e l'esperienza collettiva di CFM, delle nostre società madri e di Airbus, abbiamo davvero il dream team per dimostrare con successo un sistema di propulsione a idrogeno"

I piani sono stati nei lavori

La notizia della decisione di Airbus di andare avanti con il suo progetto a zero emissioni non è una sorpresa. Ha accennato a tali piani per mesi. I rapporti sono emersi alla fine dello scorso anno che Airbus stava progettando di testare un motore CFM International esistente convertito per la propulsione a idrogeno. Quando FLYING ha chiesto ad Airbus di verificare quei rapporti, l'azienda non li ha negati e avrebbe solo detto che spesso eseguono test di sviluppo del motore con i produttori di propulsori.

L'annuncio arriva quasi 18 mesi dopo che Airbus ha svelato il suo cosiddetto ZEROe concept airliner idrogeno disegni: un turbofan, un turboprop e un corpo ad ala mista.

Airbus ha anche collaborato per mesi con i produttori di idrogeno e ha pubblicamente espresso fiducia sulla fattibilità del carburante.

Il dimostratore A380

Durante un evento online martedì che svela l'annuncio, Airbus ha offerto un video tour dell'aereo specifico che sarà utilizzato come banco di prova. L'A380 che alla fine sarà sviluppato nel banco di prova sarà MSN 1, il primo A380 costruito da Airbus, che è servito per la certificazione e i test durante la nascita del programma A380. MSN 1 è servito anche come banco di prova per i motori usati nel programma A350 di Airbus

Sul ponte di volo del dimostratore, i piloti gestiranno la potenza del motore a idrogeno con un acceleratore separato, ha detto Airbus. Avranno anche un display che monitora specificamente i principali KPI dell'intero sistema. I dati saranno trasmessi via telemetria in tempo reale agli ingegneri a terra per l'analisi.

Netto zero entro il 2050

Il problema che guida tutto questo sono le emissioni di carbonio. L'aviazione civile crea circa il 2% di tutte le emissioni di carbonio, in tutto il mondo. Molte delle più grandi compagnie aeree del mondo si sono già impegnate a ridurre le loro flotte a zero emissioni nette entro il 2050, se non prima, tra cui Air France, American Airlines, British Airways, Delta Air Lines, Lufthansa, Southwest e altre.

United Airlines e Alaska Air Group hanno già investito in modo significativo nella ricerca e nello sviluppo di aerei a idrogeno.

L'ala mista è meno probabile?

Durante un webinar sul carburante per l'aviazione a idrogeno nell'ottobre 2021, il vicepresidente di Airbus di aeromobili a zero emissioni Glenn Llewellyn ha offerto ulteriori accenni all'annuncio di martedì. Dei tre concetti ZEROe di Airbus, ha detto che il corpo ad ala mista era meno probabile da sviluppare

"È molto più probabile che avremmo un turbofan o un turboprop, una configurazione più classica del tubo e del peso in termini di concetto di aereo, tuttavia con un sistema di propulsione dirompentemente diverso", ha detto Llewellyn.

Tipi di sistemi di alimentazione a idrogeno

Gli ingegneri hanno preso in considerazione diversi modi per utilizzare l'idrogeno per alimentare gli aerei, comprese le celle a combustibile a idrogeno, le turbine a gas a idrogeno che bruciano idrogeno e le combinazioni ibride, ha detto Llewellyn

Le turbine a gas a idrogeno alimentano i motori a combustione interna, simili ai tradizionali motori a combustione che bruciano il jet-A. A differenza dei tradizionali motori a combustione, l'idrogeno brucia in modo pulito.

Ostacoli nella progettazione dell'idrogeno

Gli aerei a idrogeno richiedono serbatoi di carburante abbastanza grandi da trasportare la quantità di idrogeno liquido necessaria per le rotte standard a breve e medio raggio. L'idrogeno contiene più energia per peso rispetto al carburante per jet, ma ha un'energia inferiore per densità. A temperatura ambiente l'idrogeno è un gas, il che lo rende difficile da immagazzinare in grandi quantità

C'è un ulteriore fattore. Lo stoccaggio nei serbatoi di carburante a bordo degli aerei richiede che l'idrogeno sia compresso in forma liquida. Per farlo, l'idrogeno deve essere raffreddato a temperature estremamente basse. Oltre al carburante e ai serbatoi, l'attrezzatura necessaria per mantenere l'idrogeno combustibile a basse temperature aggiungerebbe ancora più peso a un aereo alimentato a idrogeno

E poiché qualsiasi peso aggiunto su un aereo è uno svantaggio, è sempre un fattore chiave in qualsiasi progetto

Sistema di consegna del carburante criogenico

Per affrontare le sfide presentate dal carburante a idrogeno, Airbus ha detto martedì che intende sviluppare un nuovo sistema criogenico di consegna del carburante per spostare l'idrogeno dai serbatoi al motore turbofan. In primo luogo, l'idrogeno deve essere convertito da liquido a gas. Poi, l'idrogeno gassoso sarà iniettato nel combustore e poi acceso a una temperatura molto alta, molto più calda del jet-A.

Saranno necessari componenti di nuova concezione per resistere a queste alte temperature, ha detto l'azienda

Un'altra sfida: Creare un'infrastruttura

Sviluppare l'ecosistema e l'infrastruttura circostante per supportare l'uso su larga scala dell'idrogeno liquido come carburante per l'aviazione è un ostacolo gigantesco che gli esperti indicano come chiave per il successo. La produzione, lo stoccaggio e la consegna dovrebbero essere tutti scalati. Trasformare l'intero ecosistema dell'idrogeno combustibile in completamente "verde" renderebbe questo obiettivo ancora più impegnativo

Il jet a idrogeno sovietico

Questa non è la prima spinta a creare un aereo di linea alimentato a idrogeno. Alla fine degli anni '80, gli ingegneri sovietici svilupparono il Tupolev Tu-155 sperimentale, che completò circa 100 voli di prova prima che il programma fosse cancellato durante il crollo dell'Unione Sovietica

Un percorso difficile

"L'aviazione sostenibile è il futuro e l'idrogeno è un passo importante in questo processo, e forse il passo finale", ha detto Knittel martedì

Méheust ha riconosciuto che c'è molto lavoro da fare. "Ma non sembra essere insormontabile... vediamo il percorso tecnologico per raggiungerlo. E con lo sforzo e il duro lavoro dovremmo essere in grado di farcela"

Sì, gli obiettivi sono molto impegnativi, ha detto il vicepresidente di GE Aviation Mohamed Ali. "Ma è quello che facciamo. E non li stiamo facendo solo perché sono difficili... li stiamo facendo perché crediamo davvero di poter inventare il futuro del volo. Ed è sicuro. Ed è accessibile. Ed è sostenibile"

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