Vetykäyttöiset lentokoneet avaavat mahdollisuuksia fossiilittomaan matkustamiseen, ja teknologia kehittyy nopeasti. Chalmersin uudet tutkimukset osoittavat, että lähes kaikki lentomatkat 1 200 kilometrin säteellä voidaan tehdä vetykäyttöisillä lentokoneilla vuoteen 2045 mennessä – ja täysin uudentyyppisen lämmönvaihtimen avulla myös toimintasäde kasvaa merkittävästi. 

– Jos kaikki menee hyvin, se voi tapahtua nopeasti nyt. Jo vuonna 2028 Ruotsin ensimmäiset kaupalliset vetykäyttöiset lennot voisivat olla ilmassa, sanoo Tomas Grönstedt, Chalmersin yliopiston professori ja TechForH2*-osaamiskeskuksen johtaja. 

Myötätuuli tuntuu myös Chalmersin tuulitunnelilaboratoriossa, jossa tutkijat testaavat ilmavirtausolosuhteita edistyneissä turbiini- ja kompressorijärjestelmissä. Täällä kehitetään energiatehokkaampia moottoreita ja teknologiaa, jotka tasoittavat tietä siirtymiselle turvalliseen ja tehokkaaseen vedyn käyttöön raskaissa ajoneuvoissa. 

Vetykäyttöiselle ilmailulle lyhyen ja keskipitkän matkan matkat ovat lähimpänä näköpiirissä. Chalmersin äskettäin julkaisema tutkimus osoittaa, että vetykäyttöinen ilmailu voisi täyttää 97 prosenttia kaikista Pohjoismaiden sisäisistä lennoista ja 58 prosenttia Pohjoismaiden matkustajamääristä vuoteen 2045 mennessä. Tutkijat olettivat toimintasäteeksi 1 200 kilometriä ja että olemassa oleva lentokonemalli mukautettiin vetykäyttöiseksi. Tomas Grönstedtin tutkimusryhmän tohtoriopiskelija Christian Svenssonin johtamassa tutkimuksessa esitellään myös polttoainesäiliö, johon mahtuu riittävästi polttoainetta koko lentomatkalle, joka on riittävän eristetty pitämään erittäin kylmän nestemäisen vedyn ja on samalla kevyempi kuin nykyiset fossiilipohjaiset järjestelmät. 

Lämmönvaihtimet hyötyvät kylmästä polttoaineesta

Pidemmillä lennoilla alan odotetaan käyttävän edelleen samanlaisia turbotuulettimia kuin nykyisissä lentokoneissa, mikä tarkoittaa, että polttoainejärjestelmä on mukautettava käsittelemään nestemäisen vedyn kylmyyttä. Lentokoneen painon pitämiseksi alhaisena vety on varastoitava nestemäisessä muodossa, mikä vaatii noin -250 asteen lämpötilan säiliössä. Tällaisen kylmän polttoaineen ruiskuttaminen palamiseen tarkoittaa merkittävästi pienempää vaikutusta, mikä lisää polttoaineenkulutusta.

Tämän haasteen ratkaisemiseksi Chalmersin tutkijat ovat työskennelleet useiden vuosien ajan kehittääkseen täysin uudentyyppistä lämmönvaihdinta. Teknologia, jolle yhteistyökumppani GKN Aerospace on nyt hakemassa patenttia, hyödyntää vedyn alhaista varastointilämpötilaa moottorin osien jäähdyttämiseen ja käyttää sitten pakokaasujen hukkalämpöä polttoaineen esilämmittämiseen useilla sadoilla asteilla ennen sen ruiskuttamista palotilaan. 

– Jokainen lämpötilan nousuaste vähentää polttoaineenkulutusta ja pidentää toimintasädettä. Pystyimme osoittamaan, että uudella lämmönvaihtimella varustetut lyhyen ja keskipitkän matkan lentokoneet voisivat vähentää polttoaineenkulutustaan lähes kahdeksalla prosentilla. Ottaen huomioon, että lentokoneen moottori on kypsä ja vakiintunut teknologia, tämä on erittäin hyvä tulos yhdestä komponentista, sanoo Carlos Xisto, Chalmersin yliopiston nestedynamiikan laitoksen apulaisprofessori ja yksi äskettäin julkaistun tieteellisen artikkelin kirjoittajista. 

Tutkijat huomauttavat myös, että optimoinnilla tämäntyyppinen lämmönvaihdintekniikka tavallisessa Airbus A320 -liikennekoneessa voisi parantaa toimintasädettä jopa kymmenellä prosentilla tai vastaavalla matkalla kuin Göteborgin ja Berliinin välillä (noin 750 kilometriä).

Suuria investointeja, suuria haasteita

Työtä tulevaisuuden vetykäyttöisen ilmailun ratkaisujen kehittämiseksi tehdään laajalla rintamalla, ja kun innovaatioklusteri Ruotsin vedynkehityskeskus SHDC järjesti hiljattain seminaarin, useat Chalmersin tutkijat osallistuivat yhdessä sekä akateemisen maailman että teollisuuden toimijoiden kanssa. Useat kaupalliset yritykset todistivat merkittävistä investoinneista vetykäyttöiseen ilmailuun tulevina vuosina. Teknologia on pitkälle kehittynyttä. Haasteet ovat pikemminkin tarvittavissa suurissa investoinneissa sekä infrastruktuurin, liiketoimintamallien ja kumppanuuksien kehittämisessä, jotta vetyä voidaan tuottaa, kuljettaa ja varastoida, jotta siirtymä on mahdollinen. Täydellisen siirtymisen vetykäyttöiseen ilmailuun odotetaan vaativan noin 100 miljoonaa tonnia vihreää vetyä vuosittain.

– Alan odotusten mukaan 30–40 prosenttia maailmanlaajuisesta ilmailusta käyttää vetyä vuoteen 2050 mennessä. Todennäköisesti tarvitsemme vielä useiden vuosien ajan sekä sähköllä, ympäristöystävällisemmällä suihkukonepolttoaineella että vedyllä toimivia lentokoneita. Mutta jokainen lentokone, joka voi toimia uusiutuvasta energiasta tuotetulla vedyllä, vähentää hiilidioksidipäästöjä, sanoo Tomas Grönstedt. 

TechForH2:n puitteissa on hyvät edellytykset tarttua vetyhaasteeseen laajalla rintamalla, ja 162 miljoonan Ruotsin kruunun budjetilla osaamiskeskus voi edistää useiden eri tutkimusalueiden kehitystä, jotka liittyvät vetyyn ja raskaaseen liikenteeseen. 

– Huomaamme myös paljon kiinnostusta kurssejamme kohtaan uudessa liikkuvuustekniikan maisteriohjelmassa täällä Chalmersissa, mikä on erittäin ilahduttavaa. Voisi helposti sanoa, että meillä on nyt myötätuulta, sanoo Tomas Grönstedt.

Lehdistötiedotteen mukaan.