Chalmersin teknillinen yliopisto: edistystä vetylentokoneiden kehityksessä
Mahdollisuus vetykäyttöiseen lentämiseen merkitsee suurempia mahdollisuuksia fossiilivapaaseen matkustamiseen, ja teknologinen kehitys on nopeaa. Ruotsalaisen Chalmersin teknillisen yliopiston uudet tutkimukset osoittavat, että lähes kaikki lentomatkat 1200 km säteellä voitaisiin tehdä vetykäyttöisillä lentokoneilla vuoteen 2045 mennessä, ja tällä hetkellä kehitteillä olevan uudenlaisen lämmönvaihtimen avulla tämä alue voisi olla vielä pidempi.
"Jos kaikki menee nappiin, vetylentämisen kaupallistaminen voi nyt edetä todella nopeasti. Jo vuonna 2028 ensimmäiset kaupalliset vetylennot Ruotsissa voisivat olla ilmassa", sanoo Tomas Grönstedt, Chalmersin teknillisen yliopiston professori ja Chalmersin TechForH2*-osaamiskeskuksen johtaja.
Osa näistä teknologisista edistysaskelista on nähtävissä Chalmersin tuulitunneleissa, joissa tutkijat testaavat ilmavirtausolosuhteita huippuluokan laitteissa. Täällä kehitetään energiatehokkaampia moottoreita, jotka tasoittavat tietä raskaiden hyötyajoneuvojen turvalliselle ja tehokkaalle vetylennolle.
Lyhyen matkan vetyilmailun tulevaisuus Pohjoismaissa
Vetyä käyttävässä ilmailussa lyhyen ja keskipitkän matkan lennot ovat lähimpänä toteutumista. Chalmersin hiljattain julkaisema tutkimus osoittaa, että vetykäyttöisillä lennoilla on potentiaalia täyttää 97 prosenttia kaikista Pohjoismaiden sisäisistä lentoreiteistä ja 58 prosenttia Pohjoismaiden matkustajamäärästä vuoteen 2045 mennessä.
Tässä tutkimuksessa tutkijat olettivat, että lentomatkan pituus on enintään 1200 kilometriä ja että käytetään olemassa olevaa lentokonemallia, joka on mukautettu vetykäyttöön. Tomas Grönstedtin tutkimusryhmän tohtoriopiskelija Christian Svenssonin johtamassa tutkimuksessa esiteltiin myös uusi polttoainesäiliö, johon mahtuu riittävästi polttoainetta, joka on riittävän hyvin eristetty säilyttämään erittäin kylmää nestemäistä vetyä ja joka on samalla kevyempi kuin nykyiset fossiilisiin polttoaineisiin perustuvat polttoainesäiliöjärjestelmät. Uudet lämmönvaihtimet parempaan polttoaineen kulutukseen
Lämmönvaihtimet ovat olennainen osa vetyilmailua, ja ne ovat keskeinen osa tapahtuvaa teknologista kehitystä. Jotta polttoainejärjestelmät pysyisivät kevyinä, vedyn on oltava nestemäisessä muodossa. Tämä tarkoittaa, että vetyä pidetään lentokoneessa erittäin kylmänä, tyypillisesti noin -250 celsiusasteen lämpötilassa. Kun lämpö otetaan talteen suihkumoottoreiden kuumista pakokaasuista ja moottoreita jäähdytetään strategisissa paikoissa, niiden tehokkuus paranee. Lämmön siirtämiseksi superkylmän vedyn ja moottorin välillä tarvitaan uudenlaisia lämmönvaihtimia.
Tähän haasteeseen vastaamiseksi Chalmersin tutkijat ovat työskennelleet useiden vuosien ajan täysin uudenlaisen lämmönvaihtimen kehittämiseksi. Teknologia, jolle yhteistyökumppani GKN Aerospace on nyt hakenut patenttia, hyödyntää vedyn matalaa varastointilämpötilaa moottorin osien jäähdyttämiseen ja käyttää sitten pakokaasujen hukkalämpöä polttoaineen esilämmittämiseen useilla sadoilla asteilla ennen sen ruiskuttamista palotilaan.
"Jokainen asteen lämpötilan nousu vähentää polttoaineen kulutusta ja lisää toimintasädettä. Pystyimme osoittamaan, että uudella lämmönvaihtimella varustetut lyhyen ja keskipitkän matkan lentokoneet voivat vähentää polttoaineenkulutustaan lähes kahdeksan prosenttia. Kun otetaan huomioon, että lentokoneen moottori on kypsää ja vakiintunutta teknologiaa, se on erittäin hyvä tulos yhdestä komponentista", sanoo Carlos Xisto, Chalmersin fluidimekaniikan osaston dosentti ja yksi tutkimuksen tekijöistä.
Tutkijat toteavat myös, että optimoinnin jatkuessa tämäntyyppinen lämmönvaihtimen tekniikka tavallisessa Airbus A320 -matkustajakoneessa voisi parantaa toimintasädettä jopa kymmenen prosenttia eli Göteborgin ja Berliinin välistä reittiä vastaavan matkan (noin 450 mailia). Ruotsi lupaa suuria investointeja haasteista huolimatta. Ruotsi lupaa suuria investointeja haasteista huolimatta
Tulevaisuuden vetyilmailun ratkaisujen kehittämiseksi tehdään työtä laajalla rintamalla, ja hallitukset, yliopistot ja yksityiset yritykset tekevät yhteistyötä. Ruotsissa innovaatiokeskittymä, Swedish Hydrogen Development Centre (SHDC), kokoaa yhteen keskeiset toimijat, mukaan lukien teollisuuden johtajat ja korkeakoulujen asiantuntijat. Äskettäisessä SHDC:n seminaarissa Chalmersin tutkijat esittelivät työtään, ja useat kaupalliset yritykset todistivat tekevänsä merkittäviä investointeja vetylentoihin tulevina vuosina. Vaikka teknologia on pitkälle kehittynyttä, haasteet liittyvät pikemminkin tarvittaviin suuriin investointeihin sekä infrastruktuurin, liiketoimintamallien ja kumppanuuksien kehittämiseen, jotta vetyä voidaan tuottaa, kuljettaa ja varastoida niin, että siirtyminen vetylentoihin on mahdollista. Kokonaisvaltaisen siirtymisen odotetaan vaativan noin 100 miljoonaa tonnia vihreää vetyä vuosittain.
"Teollisuuden odotusten mukaan 30-40 prosenttia maailman ilmailusta on vetykäyttöistä vuoteen 2050 mennessä. On todennäköistä, että tarvitsemme vielä useiden vuosien ajan sekoituksen lentokoneita, jotka toimivat sähköllä, vähemmän ympäristöä kuormittavilla sähkökäyttöisillä suihkukoneilla ja vedyllä. Mutta jokainen lentokone, joka voi käyttää uusiutuvasta energiasta peräisin olevaa vetyä, vähentää hiilidioksidipäästöjä", sanoo Tomas Grönstedt.
TechForH2:ssa on hyvät edellytykset tarttua vetyhaasteeseen, ja 162 miljoonan Ruotsin kruunun (vastaa 15,5 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria) budjetilla osaamiskeskus voi edistää vetyä ja raskasta liikennettä yhdistävien eri tutkimusalojen kehittämistä.
