Flyg som drivs med vätgas kan leda till ett mer miljövänligt resande. Men ett problem är att de fossilfria planen inte kan flyga långa sträckor. Forskare vid Chalmers har nu utvecklat en helt ny typ av värmeväxlare som ökar räckvidden.
Nya studier från Chalmers tekniska högskola visar att nästan alla flygresor inom 120 mils radie skulle kunna göras med vätgasdrivet flyg år 2045.
– Vill det sig väl så kan det gå fort nu. Redan 2028 kan de första kommersiella vätgasflygen i Sverige vara i luften, säger professor Tomas Grönstedt vid Chalmers.
För vätgasdrivet flyg är det korta och medellånga resor som ligger närmast i sikte. För längre flygsträckor räknar branschen med att kunna fortsätta använda samma typ av turbofläktmotorer som i dagens flygplan. Det innebär dock att bränslesystemet måste anpassas för att kunna hantera kylan hos flytande vätgas.
Ny värmeväxlare
För att hålla flygplanets vikt nere behöver vätgasen lagras i flytande form, något som kräver en temperatur i tanken runt 250 minusgrader. Att spruta in så kallt bränsle för förbränning innebär en rejält försämrad effekt och ökad bränsleförbrukning.
För att ta sig an den här utmaningen har forskare på Chalmers under flera år arbetat med att utveckla en helt ny typ av värmeväxlare. Tekniken drar nytta av vätgasens låga lagringstemperatur för att kyla motordelar. Den använder sedan spillvärme från avgaserna för att förvärma bränslet flera hundra grader innan det sprutas in i förbränningskammaren.
– Varje grads temperaturökning minskar bränsleförbrukningen och ökar räckvidden. Vi kunde visa att kort- och medeldistansflygplan utrustade med den nya värmeväxlaren kunde minska sin bränsleförbrukning med nära åtta procent, säger Carlos Xisto, docent på avdelningen för strömningslära på Chalmers och fortsätter:
– Med tanke på att en flygplansmotor är en mogen och väletablerad teknik, så är det ett väldigt bra resultat från en enda komponent.
Med en optimering av den här typen av värmeväxlarteknik i ett vanligt trafikflygplan av typen Airbus A320 skulle räckvidden kunna förbättras med upp till tio procent, konstaterar forskarna.
Kortare sträckor målet för vätgasflyg
En studie vid Chalmers tekniska högskola visar att vätgasdrivet flyg skulle kunna möta behoven för 97 procent av alla inomnordiska flygsträckor och 58 procent av den nordiska passagerarvolymen år 2045. Beräkningarna utgick från en räckvidd på 1200 kilometer och att en redan befintlig flygplansmodell anpassades för vätgasdrift.
Flytande vätgas kräver större tankvolym än dagens flygfotogen, men är lättare och innehåller mer energi per kilo bränsle.
I studien presenterar forskarna en bränsletank som rymmer tillräckligt med bränsle för hela flygsträckan, är tillräckligt isolerad för att hålla den superkalla flytande vätgasen och samtidigt är lättare än dagens fossilbaserade system.
Mix av olika flyg
Men även om den tekniska utvecklingen har kommit långt finns utmaningar. Utöver stora investeringar i infrastruktur krävs nya affärsmodeller och partnerskap för att kunna producera, transportera och lagra vätgasen. En total övergång till vätgasflyg förväntas kräva cirka 100 miljoner ton grön vätgas årligen.
– Det finns branschförväntningar om att 30–40 procent av det globala flyget ska drivas med vätgas till år 2050. Sannolikt kommer vi under ett antal år framöver att behöva en mix av flyg som går på el, mindre miljöbelastande e-jetbränsle och vätgas. Men varje flygplan som kan drivas med vätgas från förnybar energi minskar koldioxidutsläppen, säger Tomas Grönstedt.
Vetenskapliga studier:
Hydrogen fuel cell aircraft for the Nordic market , International Journal of Hydrogen Energi.
Compact heat exchangers for hydrogen-fueled aero engine intercooling and recuperation, Applied Thermal Engineering.
