Quais são os principais desafios do hidrogênio

Os desafios de armazenamento de hidrogênio, cadeia de suprimentos e infraestrutura precisam ser superados antes que as aeronaves movidas a hidrogênio se tornem uma realidade.

O hidrogênio tem três vezes mais densidade de energia do que o combustível de aviação. Os motores movidos a hidrogênio não produzem dióxido de carbono e óxido de nitrogênio. O hidrogênio líquido pode ser usado para o processo de combustão em motores de turbina.

Alternativamente, a energia elétrica criada por meio de células de combustível de hidrogênio fornece energia aos motores. Apesar do hidrogênio ser uma alternativa promissora ao combustível de aviação, os desafios mais significativos permanecem.

Um dos desafios mais significativos do hidrogênio líquido é sua densidade volumétrica. Como o hidrogênio é significativamente mais leve que o combustível de aviação, sua densidade volumétrica é quatro vezes pior. Em outras palavras, o hidrogênio líquido requer quatro vezes mais volume na aeronave do que o combustível de aviação. Portanto, o armazenamento a bordo de hidrogênio líquido é um desafio para os fabricantes de aeronaves.

Os cilindros criogênicos são necessários para armazenar hidrogênio líquido, mantendo o volume no mínimo. Os cilindros criogênicos podem armazenar hidrogênio a aproximadamente -420 graus F (-250 graus C). Temperaturas de congelamento profundo significam materiais especializados, paredes mais espessas e isolamento suficiente entre pilhas de cilindros.

O peso necessário de hidrogênio pode ser apenas cerca de um terço do combustível de aviação, mas a necessidade de um volume muito maior aumenta o peso estrutural da aeronave. Embora o combustível de aviação possa ser convenientemente armazenado em tanques de asa, os cilindros de hidrogênio seriam muito grandes em diâmetro para caber nas asas.

Um dos designs de crioplanos mais antigos que a Airbus havia proposto consistia em tanques de hidrogênio na fuselagem, acima da cabine de passageiros. Um projeto alternativo também mostrou grandes tanques cilíndricos instalados nas asas externas.

O hidrogênio derrete de sólido para líquido a -434 graus F (-259 graus C) e ferve para um estado gasoso a -423 graus F (-253 graus C). O estado ideal para armazenar e consumir hidrogênio é o estado líquido. A liquefação do hidrogênio consome quase um quarto de sua energia, reduzindo a eficiência geral do sistema baseado em hidrogênio.

O controle da temperatura não é apenas essencial, mas também é necessário evitar o vazamento do preâmbulo durante o armazenamento, transporte e reabastecimento. Se a temperatura exceder -423 graus F (-253 graus C), uma camada de gás hidrogênio pode se formar no tanque. Durante o reabastecimento, o hidrogênio gasoso pode ser perdido devido à vaporização.

Embora a não toxicidade do hidrogênio permita que ele seja liberado na atmosfera, é sem dúvida uma perda de energia potencial se não for gerenciado adequadamente.

O hidrogênio queima muito mais rápido que o gás natural e requer um processo de combustão controlado. A Airbus propõe o hidrogênio como "combustível" para combustão como um dos usos da tecnologia de hidrogênio em seu projeto ZEROe. Nesse caso, o controle de combustão ativa deve ser aplicado para levar em conta a inflamabilidade mais ampla e a alta velocidade de queima do hidrogênio.

Vale ressaltar que o uso de hidrogênio como mistura de gás natural, digamos cerca de 15-20%, é viável com a tecnologia existente. A General Electric suporta inúmeras turbinas a gás que suportam a geração de energia com várias concentrações de hidrogênio.

Outro desafio é construir a infraestrutura que suporta aeronaves movidas a hidrogênio. Embora a Airbus espere ter o nível de prontidão tecnológica para um sistema de propulsão por combustão de hidrogênio até 2025, a criação da infraestrutura pode ser complexa.

Transportar o hidrogênio líquido volátil para locais em todo o mundo com segurança e economia será um desafio logístico. Além disso, os parâmetros de segurança associados ao manuseio, armazenamento e reabastecimento regular de aeronaves exigiriam regulamentações rigorosas. Aeroportos em todo o mundo precisam reinventar sua infraestrutura para o fornecimento e armazenamento de hidrogênio.

Enquanto os fabricantes estão conduzindo extensas pesquisas sobre o uso da tecnologia de hidrogênio para alimentar aeronaves, os desafios de armazenamento de hidrogênio, cadeia de suprimentos e infraestrutura devem ser superados.

Você acha que os fabricantes de aeronaves encontrarão soluções eficientes para os desafios da tecnologia do hidrogênio? Conte-nos na seção de comentários.