ZeroAvia: Máy bay thải ra nước

(ĐTTD) Động cơ điện đang có các bước chuyển mình mạnh mẽ trong đầu thế kỷ XXI và thậm chí “đụng” tới cả ngành hàng không.

Hàng không đem lại rất nhiều tiện ích cả về mặt kinh tế lẫn xã hội, nhưng đồng thời là một ngành gây ô nhiễm khủng khiếp do tiêu thụ một lượng xăng dầu hóa thạch khổng lồ. Máy bay chạy bằng điện được coi là hướng đi “không thể tránh” bởi nó không chỉ sạch hơn mà còn rẻ hơn đáng kể về mặt chi phí năng lượng và bảo trì. Tuy nhiên, rào cản nằm ở hệ thống pin - mật độ lưu trữ năng lượng của pin hiện nay quá “mỏng”, trong khi trọng lượng (kẻ thù của hàng không) lại quá lớn và chưa có tia hy vọng nào cho thấy tiến bộ trong lĩnh vực pin sẽ sớm diễn ra.

Nhiều công ty hiện đang bắt đầu xem hydro (pin nhiên liệu) là câu trả lời. Loại nhiên liệu sạch này khi hoạt động chỉ thải ra... nước nguyên chất. Nó cũng giúp giảm đi nhiều gánh nặng hậu cần, ví dụ không cần vận chuyển hydro mà có thể chế tạo nguyên liệu này ngay tại các sân bay, miễn là có điện.

ZeroAvia, một công ty đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ hydro vào ngành hàng không. Công ty đang phát triển động cơ pin nhiên liệu phù hợp với các máy bay chở khách 10-20 chỗ ngồi, theo tính toán sẽ giúp giảm tới 50% chi phí nhiên liệu. Được thành lập vào cuối 2017 có trụ sở tại California, Mỹ, ngay trong năm sau công ty đã phát triển thêm chi nhánh tại vương quốc Anh. Và tháng 2 năm 2019, ZeroAvia đã gắn nguyên mẫu hệ truyền động của mình vào một chiếc máy bay Piper Malibu M330 sáu chỗ ngồi, trọng lượng 2 tấn. Các thử nghiệm diễn ra khá xuôn sẻ, ZeroAvia đã triển khai thêm nguyên mẫu thứ 2 tại Anh và đang bắt tay vào phiên bản thứ 3.

Một trong những lo ngại nhất đối với động cơ sử dụng hydro đó là vấn đề cháy nổ. Khí hydro nhẹ, dễ phát tán và rất dễ bắt cháy. Chắc chắn không ai có thể quên tan nạn khủng khiếp xảy ra với khinh khí cầu Hindenburg gần một thế kỷ trước đây. Tuy nhiên, công nghệ ngày nay đã phát triển những bước dài và các biện pháp an toàn tất nhiên luôn được tính đến đầu tiên. Hydro và Oxy luôn được cất giữ ở các ngăn riêng biệt, hoàn toàn không có khả năng tiếp xúc trực tiếp, kể cả khi va đập mạnh. Trong các động cơ pin nhiên liệu, chỉ có một lượng rất nhỏ khí hydro tham gia vào phản ứng để sản xuất điện. Thêm nữa, hyrdo cũng không phải quá dễ cháy, nó đòi hỏi nhiệt độ đốt còn cao hơn cả nhiên liệu xăng dầu thông thường. Và một điểm nữa cũng nên nhắc tới đó là hydro phát tán rất nhanh vào không khí, nó chỉ trở nên nguy hiểm khi bị dồn nén trong bình chứa, như trường hợp khinh khí cầu Hindenburg, còn thông thường sẽ lập tức phát tán và không gây nguy hiểm cháy nổ.

 

Xét về hiệu suất sinh công, hydro được coi là chứa năng lượng nhiều gấp đôi so với nhiêu liệu xăng dầu hóa thạch, thêm nữa động cơ pin nhiên liệu có hiệu suất tới 60% trong khi động cơ đốt trong dạng pít tông hoặc tuốc bin khí, chỉ số này chỉ là 25 – 30% và còn thấp hơn nữa nếu là động cơ phản lực. So ra, động cơ hyrdo sẽ có lợi thế gấp 6 lần so với dùng xăng máy bay (thực tế là dầu), tuy nhiên vấn đề nan giải nằm chính ở khâu lưu trữ!

Nếu dùng bính khí nén thì hiệu quả về trọng lượng của hydro chỉ bằng 1/10 so với xăng, tức là sẽ triệt tiêu hoàn toàn lợi thế về hiệu suất như đã nói ở trên. Giải pháp chính là hydro hóa lỏng, nó sẽ giúp lưu trữ gấp ba lần so với bình khí nén. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp này thì 1 lít hydro hóa lỏng cũng mới nặng có 80g và như vậy, để mang một nguồn năng lượng tương đương với xăng thì hyrdo hóa lỏng cần thể tích bình chứa lớn hơn gấp đôi. Bởi vậy, công nghệ pin nhiên liệu xem ra chỉ hợp với dòng máy bay nhỏ, dạng business 10-20 chỗ ngồi, ví dụ như Cessna Caravan. Những chiếc máy bay này thường được thiết kế cho phạm vi hoạt động 1.500 km và khi chuyển đổi sang dùng khí hydro, tầm bay sẽ bị giảm xuống một nửa.  

Tuy nhiên, nhìn từ một góc độ khác, các nhà phát triển động cơ hydro hy vọng rằng, các hãng sản xuất máy bay sẽ có cách tiếp cận mới, tối ưu hóa thiết kế máy bay của họ cho loại động cơ tiên tiến này, giống như điều đã xảy ra với động cơ phản lực vào giữa thế kỷ trước. Ban đầu, động cơ phản lực được lắp trên các thân máy bay cánh quạt cũ, nhưng sau đó kết cấu và hình dáng máy bay đã sớm được điều chỉnh để tăng lợi thế của động cơ phản lực.

Hiện tại, động cơ hydro đang được sử dụng để thay thế cho động cơ đốt trong trên các máy bay cánh quạt. Trong tương lai, nếu như tìm được cách lưu trữ hydro và nén năng lượng thích hợp, rất có thể nó sẽ thế chỗ xăng trong động cơ tuốc bin phản lực và hoàn toàn có khả năng lắp trên các máy bay cỡ lớn, thậm chí siêu lớn như Boeing 747.

Tạp chí Điện tử Tiêu dung số 182