موتور جت هیدروژنی چگونه کار می‌کند؟

ایرباس و CFM اینترنشنال درحال کار روی نسخه هیدروژنی هواپیمای A380 هستند.

با انقلاب تازه صنعت حمل‌ونقل برای استفاده از سوخت‌ها پاک یا برقی‌شدن، استفاده از موتورهای هیدروژنی نیز به‌عنوان یک گزینه محتمل مطرح شده است. هیدروژن چه در فرم مایع باشد یا به‌صورت مستقیم به موتور درون‌سوز جت برسد یا حتی در سلول‌های باتری مورداستفاده قرار گیرد، ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد که می‌تواند برای صنعت هوانردی مفید باشد. استفاده از سوختی مبتنی‌بر این عنصر سبک می‌تواند تاثیرات جوی حاصل از سوختن سوخت را کاهش دهد و انتشار آلاینده کربن را به صفر برساند.

چگالی انرژی هیدروژن سه برابر سوخت جت است. برخلاف سایر فرایندهای متداول موتورهای درون‌سوز، سلول‌های سوختی هیدروژنی از طریق فرایندهای شیمیایی به تولید برق می‌پردازند. همین مسئله یعنی حفظ جریان برق متداوم یکی از اصلی‌ترین چالش‌های صنعت برای استفاده از فناوری آن است.

در ادامه به فرایند سوزش هیدروژن و تاثیر آن روی آلاینده‌های کربن و مشتقات نیتروژن می‌پردازیم. سلول‌های سوختی هیدروژنی هنوز در مراحل اولیه توسعه صنعتی خود هستند اما توسط بسیاری از شرکت‌های به‌نامی چون ایرباس موردآزمایش قرار گرفته‌اند.

نخستین موتور درون‌سوز در سال ۱۸۰۴ توسط «اسحاق د ریواز» توسعه پیدا کرد که از ترکیب اکسیژن و هیدروژن برای حرکت کردن استفاده می‌کرد. پس از آن و در سال ۱۹۷۰، دانشگاه توکیو درحال توسعه مداوم این فناوری است. در سال ۱۹۸۸، هواپیمای «توپُلِو Tu-155» به‌عنوان نخستین پرنده هیدروژنی جهان یک پرواز تجاری-آزمایشی را آغاز کرد که در آن از هیدروژن مایع به‌عنوان سوخت استفاده می‌شد. این هواپیما پروازهای خود را سال ۱۹۹۱ ادامه داد و در این دوران بیش از ۱۰۰ پرواز موفق انجام داد. حال با گذر چند دهه، شرکت‌ها سعی در بازسازی این ماموریت‌ها دارند.

موتور درون‌سوز هیدروژنی با سلول سوختی هیدروژنی تفاوت دارد. سلول‌های سوختی از هیدروژن برقی می‌گیرند و از آن برای راه‌اندازی موتور برقی استفاده می‌کنند؛ بنابراین عملکرد نهایی این موتورهای شبیه به خودروهای الکتریکی می‌شود. در سوی دیگر، موتور درون‌سوز از هیدروژن مانند سوخت‌هایی چون گاز طبیعی، بنزین یا… استفاده می‌کند. هیدروژن می‌تواند در دو فرم گاز یا مایع در موتور توربینی بسوزد و پیشرانش تولید کند.

سوختن یا احتراق یک فرایند کاملا شیمیایی به شمار می‌رود که در آن انرژی از مخلوط درحال سوختن سوخت و هوا دریافت می‌شود. متخصصان بر این باورند که دمای خودسوزی بالا و گستره احتراق زیاد این عنصر باعث می‌شود تا بتواند گزینه‌ای مناسب برای موتورهای درون‌سوز باشد. به بیان دیگر، می‌توان سوخت هیدروژن در دمای کمتر بهتر کار می‌کند و باعث انتشار آلاینده کمتری هم می‌شود؛ بنابراین اتلاف انرژی آن هم کمتر خواهد بود.

سال گذشته، کمپانی ایرباس اعلام کرد که در طی قراردادی که با مجموعه «CFM اینترنشنال» امضا کرده، در تلاش است تا با همکاری ۵۰ درصدی برنامه تازه‌ای را به پیش ببرند؛ این برنامه شامل همکاری دو شرکت برای مشخص کردن کاربرد هیدروژن و موتور درون‌سوز در یک فروند هواپیمای A380 می‌شود. در این میان، شرکت CFM به توسعه و بهبود توربوفن‌های پاسپورت شرکت جنرال‌الکتریک، سیستم سوخت و سیستم کنترلی موتور برای سوزاندن هیدروژن مشغول خواهد شد.

موتور آزمایشی مشترک ایرباس و CFM در عقب هواپیما قرار می‌گیرد تا فرایند مطالعه فاکتورهای انتشار آلاینده و… و اندازه‌گیری آن‌ها بدون دخالت سایر موتورهای سوخت جت انجام شود. این برنامه زیرمجموعه طرح بزرگ‌تر ایرباس برای رسیدن به انتشار آلاینده صفر است که طبق برنامه‌ریزی این شرکت تا سال ۲۰۳۵ میسر خواهد شد. مدیرعامل و مدیر اجرایی CFM، «گیل مهوست»، در بیانه خود اعلام کرد:

توانایی‌های سوزش هیدروژن یکی از فناوری‌های بنیادینی به شمار می‌رود که در برنامه «CFM Rise» در حال توسعه و بالغ‌سازی‌اش هستیم. گردهم‌آوری این توانایی‌ها و تجربه CFM درکنار شرکت‌های همکارمان و ایرباس باعث شده تا گروهی رویایی برای به سرانجام رساندن سیستم احتراقی هیدروژنی تشکیل شود.

اگر به موتورهای به هیدروژنی در صنعت خودرو علاقه دارید می‌توانید مقاله «راهنمای ساده شناخت خودروهای هیدروژنی» را مطالعه کنید. به نظر شما آیا هیدروژن می‌تواند به رقابت با سیستم‌های برقی بپردازد؟ آیا این فناوری در صنعت هوانوردی بخت و اقبال بیشتری دارد؟