Bộ ba Airbus hydro

(ĐTTD) Airbus vừa hé lộ những hình ảnh đầu tiên của thế hệ máy bay mới chạy bằng nhiên liệu sạch hydro hứa hẹn sẽ “làm mưa làm gió” trên bầu trời sau 15 năm nữa.

Airbus tham vọng phát triển thế hệ máy bay thương mại không khí thải đầu tiên trên thế giới vào năm 2035 sử dụng động cơ đẩy hydro. Thế hệ máy bay mới được mang tên ZEROe ra mắt với thiết kế ý tưởng gồm 3 mẫu nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng khác nhau.

Cả ba đều là máy bay hybrid hydro, được cung cấp năng lượng bằng quá trình đốt cháy hydro thông qua các động cơ tua-bin khí được cải tiến kết hợp với pin nhiên liệu hydro. Hydro lỏng được sử dụng làm nhiên liệu đốt, đồng thời hệ thống pin nhiên liệu hydro tạo ra năng lượng điện bổ sung cho tuabin khí, để cùng tạo ra một hệ thống “động lực lai điện” hiệu quả cao. Bộ đôi công nghệ này sẽ bổ trợ cho nhau, đem lại hiệu suất cao và công suất đủ để vận hành các máy bay thương mại trên bầu trời.

Jean-Brice Dumont, kỹ sư phát triển của Airbus EVP Engineering giải thích thêm: “Hydro có mật độ năng lượng thể tích khác với nhiên liệu mà các máy bay đang sử dụng hiện nay, vì vậy chúng tôi phải nghiên cứu các phương án lưu trữ và cấu trúc lại máy bay. Điều này có nghĩa là hình dáng của máy bay không phát thải trong tương lai có thể thay đổi đáng kể. Ba mẫu máy bay hydro như chúng tôi giới thiệu rất thú vị để khám phá”.

Turbofan

Là mẫu máy bay lớn nhất trong bộ ba, Turbofan có kích thước tương đương máy bay chở khách hạng trung hiện nay với sức chở 120 – 200 hành khách. Hình dáng bên ngoài của nó cũng tương tự như các mẫu Airbus A đang vận hành, nhưng hai động cơ tuốc bin phản lực hydro hybrid sẽ thay thế cho động cơ tuốc bin khí chạy bằng nhiên liệu hóa thạch như hiện nay. Tầm hoạt động của máy bay ước tính khoảng 2.000 dặm (3.200 km), thích hợp với các khoảng cách vận chuyển trung bình. Hệ thống lưu trữ và phân phối hydro lỏng được đặt nằm trong vách ngăn áp suất phía sau, cách biệt với khoang hành khách phía trước.

Turboprop

Mẫu máy bay có kích thước và hình dáng tương tự như ATR72, sử dụng hai động cơ cánh quạt được cung cấp năng lượng từ hệ thống hydro hybrid. Tầm bay 1.000 dặm (1.600km) và số ghế hành khách tối đa 100 khiến nó phù hợp với vận chuyển chặng ngắn. Hệ thống lưu trữ và phân phối hydro lỏng cũng được bố trí sau vách ngăn áp suất phía sau.

Blended-Wing body (BWB)

Đây là mẫu máy bay thân “kết hợp cánh”, hay còn gọi là Cánh bay (flying wing) với ưu điểm nổi trội là khoang nội thất cực kỳ rộng, mở ra nhiều tùy chọn để bố trí ghế ngồi và khoang hàng, cũng như các phương án lưu trữ và phân phối hydro. Dự kiến, các bình chứa hydro lỏng được lưu trữ bên dưới cánh nhưng cũng có thể được bố trí ở các vị trí khác nếu yêu cầu lưu trữ lớn. Hai tổ hợp động cơ tuốc bin phản lực hydro hybrid được đặt phía trên nóc máy bay, hai cánh được thu nhỏ lại và phần đuôi biến mất hoàn toàn khiến mẫu máy bay này có hình dáng đặc biệt hấp dẫn. Mẫu máy bay này có thể bố trí khoang hành khách tối đa 200 ghế ngồi và có thể thực hiệc các hành trình xuyên lục địa nhờ khả năng lưu trữ hydro cao.

Để đạt được mục tiêu đầy tham vọng chính thức bay vào năm 2035, Airbus sẽ cần khởi động dự án chế tạo ZEROe vào năm 2025. Như vậy, khung thời gian cho các kỹ sư của Airbus khoảng 5 năm để hoàn thiện tất cả các công nghệ hydro cần thiết. Ngay trong những tháng tới đây, một số thử nghiệm các công nghệ pin nhiên liệu hydro và đốt hydro tương ứng sẽ được “trình diễn”, nhưng nguyên mẫu máy có kích thước lớn chỉ có thể xuất hiện vào cuối những năm 2020.

Ông Glenn Llewellyn, Phó chủ tịch Airbus phụ trách dự án Máy bay không phát thải cho biết: “Năm năm trước, động cơ đẩy hydro thậm chí còn không có trên “radar” của chúng tôi, nhưng hôm nay, chúng tôi rất vui mừng bởi hydro có tiềm năng đáng kinh ngạc, cung cấp cho ngành hàng không khả năng hiện thực hóa việc giảm thiểu lượng khí thải". Theo tính toán nội bộ của Airbus, hydro có khả năng giảm lượng khí thải CO2 của ngành hàng không lên đến 50%.

Quá trình để hydro có thể trở thành nguồn năng lượng chính cho các máy bay đòi hỏi hành động phối hợp từ toàn bộ hệ sinh thái ngành hàng không. Một trong những yêu cầu thiết yếu là các sân bay sẽ phải có cơ sở hạ tầng cung cấp nhiên liệu hydro, và điều này không một nhà sản xuất máy bay hay hãng hàng không nào dù nhỏ hay lớn có thể thực hiện được. Airbus tin rằng, với sự hỗ trợ từ chính phủ và các đối tác công nghiệp, họ có thể vượt qua thách thức để mở rộng quy mô năng lượng tái tạo cho tương lai bền vững của ngành hàng không. Hỗ trợ từ phía các chính phủ sẽ là chìa khóa để đáp ứng các mục tiêu đầy tham vọng này, cùng với đó là việc tăng cường tài trợ cho nghiên cứu & công nghệ, số hóa và các cơ chế khuyến khích sử dụng nhiên liệu bền vững, giúp các hãng hàng không có thể cho “nghỉ hưu sớm” các máy bay công nghệ cũ, kém thân thiện với môi trường.

Ngày 21 tháng 9 vừa qua, Airbus đã tổ chức một sự kiện ảo trên các kênh truyền thông xã hội nhằm giới thiệu dự án đầy tham vọng này và đã thu được hiệu ứng đáng kể.

Các công nghệ sử dụng hydro

Hydro là một chất khí dễ cháy và không thải ra CO2 nếu được tạo ra từ năng lượng tái tạo thông qua quá trình điện phân,  nước và nhiệt là các sản phẩm phụ duy nhất, một quá trình không tạo ra khí thải nào ngoài hơi nước.

Hydro cũng là chất mang năng lượng có thể ổn định mạng lưới điện được cung cấp bởi các nguồn tái tạo hoặc không có carbon, chẳng hạn như tuabin gió và tấm pin mặt trời. Vì hydro tái tạo sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo nên nó được coi là “sạch hơn” và bền vững hơn các hệ thống lưu trữ năng lượng tương đương. Chính vì lý này hydro được coi là công nghệ tiềm năng hứa hẹn nhất cho máy bay không phát thải. Trong những năm tới, nghiên cứu về hydro dự kiến sẽ tăng lên theo cấp số nhân khi hệ sinh thái ngành hàng không đánh giá đúng khả năng kinh tế và kỹ thuật của hydro.

Các nhà khoa học và kỹ sư đã xác định ba công nghệ hydro có thể đóng vai trò tích cực trong việc cung cấp nhiên liệu cho máy bay trong tương lai:

• Đốt hydro trong động cơ tuabin khí:Công nghệ này hoạt động theo cách tương tự như động cơ đốt trong hiện nay, nhưng thay vì xăng dầu, hydro sẽ là chất kết hợp với ô xy để tạo ra phản ứng cháy nổ. Trong trường hợp này, hydro (dạng lỏng hoặc khí) chỉ đơn giản là thay thế nhiên liệu hóa thạch, tuy có nhiều ưu điểm nhưng vẫn sẽ tiêu tốn ô xy và phát thải nhiệt.

• Pin nhiên liệu hydro:Công nghệ này chuyển đổi năng lượng được lưu trữ trong các phân tử thành năng lượng điện. Trong quá trình oxy hóa, các nguyên tử hydro phản ứng với các nguyên tử oxy để tạo thành nước, một quá trình trong đó các điện tử được giải phóng và chạy qua mạch ngoài như một dòng điện để có khả năng cung cấp năng lượng cho hệ thống đẩy điện hoặc điện lai. Công nghệ này an toàn và thân thiện nhưng công suất sinh điện không cao, thiết bị rất cồng kềnh và chi phí lớn.

• Nhiên liệu tổng hợp từ hydro:Nhiên liệu mới và thân thiện này được tạo ra khi hydro được sản xuất thông qua điện tái tạo được kết hợp với carbon dioxide. Nhiên liệu này sau khi sản xuất có thể được pha thêm vào nhiên liệu hóa thạch thông thường để sử dụng trong động cơ phản lực thông thường. Việc sử dụng sẽ giúp giảm bớt lượng nhiên liệu hóa thạch cũng như giảm phát thải CO2.

Có thể bạn muốn biết?

Hydro là nguyên tố phong phú nhất trên trái đất và là một trong hai nguyên tố hình thành nước.

Hydro rất linh hoạt và có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm làm nguyên liệu thô và làm phân bón.

Trong những năm gần đây, hydro đã được ngành giao thông sử dụng để cung cấp năng lượng cho các phương tiện giao thông vận tải như ô tô, ca nô, xe máy dưới nhiều hình thức khác nhau. NASA đã bắt đầu sử dụng hydro lỏng làm nhiên liệu cho tên lửa vào những năm 1950 và là một trong những người đầu tiên sử dụng pin nhiên liệu hydro để cung cấp năng lượng cho các hệ thống điện trên tàu vũ trụ.

Tạp chí Điện tử Tiêu dùng số 185