Испытательный полёт модифицированного самолёта Dash-8 длился 15 минут, но он показал, что водород может быть жизнеспособным в качестве топлива для пассажирских самолётов с короткими пересадками. При условии, если Universal Hydrogen и подобные компании смогут добиться технического прогресса, необходимого для превращения водородного топлива в основное.
Dash-8 используют в региональных аэропортах. Он обычно перевозит до 50 пассажиров на коротких перелётах. У Dash-8, использованном 2 марта 2023 года при испытательном полёте из международного аэропорта округа Грант в Мозес-Лейк, был совершенно другой груз. Испытательный самолёт от компании Universal Hydrogen получил название Lightning McClean. На его борту при испытаниях было всего два пилота, инженер и много техники, включая электродвигатель и водородный топливный элемент, поставляемые двумя другими стартапами.
Загромождённый интерьер содержал две стойки с электроникой и датчиками, а также два больших водородных бака с 30 кг топлива. Под правым крылом самолёта электродвигатель от MagniX приводился в движение новым водородным топливным элементом от Plug Power. Эта система превращает водород в электричество и воду — безвредная силовая установка, которая, по мнению Еременко, представляет будущее авиации. Топливный элемент работал на протяжении всего полёта, вырабатывая до 800 кВт энергии и не производя ничего, кроме водяного пара.
Мы считаем это монументальным достижением. Это помогает нам двигаться к тому, чтобы создать, вероятно, первый сертифицированный водородный самолёт для обслуживания пассажиров
— Пол Еременко, соучредитель и гендиректор Universal Hydrogen.
Под другим крылом Dash-8 установили стандартный турбовинтовой двигатель Pratt and Whitney, мощность которого примерно в два раза больше, чем у топливного элемента. Эта «запаска» помогла сгладить ситуацию с Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA), которое выдало в начале февраля экспериментальный сертификат лётной годности для испытаний Dash-8, он же Lightning McClean.
Один из лётчиков-испытателей, Майкл Боклер, рассказал изданию TechCrunch, что самолёт «летел как обычный Dash-8, с небольшим рысканием». Он отметил, что в какой-то момент, в горизонтальном полёте, самолёт летел почти полностью на топливных элементах, при этом турбовинтовой двигатель был остановлен.
Старший инженер-консультант в области устойчивой авиационной промышленности отметил, что пока оба двигателя не будут работать на водороде, это всё равно будет лишь показательным представлением. При всём уважении, как говорится.
При тренде на экологичность энтузиазм понятен новаторов. На долю авиации в настоящее время приходится около 2,5% глобальных выбросов углерода, и, по прогнозам, она будет расти на 4% ежегодно. Однако часть проблемы с современными топливными элементами на водороде заключается в том, что их сложно охладить. Реактивные двигатели выдают много тепла, но большую часть его отводят через выхлопные газы. Поскольку топливные элементы используют электрохимическую реакцию, а не просто сжигают водород, отходящее тепло необходимо отводить через систему теплообменников и вентиляционных отверстий.
ZeroAvia — это ещё один стартап, разрабатывающий водородные топливные элементы для авиации. ZeroAvia разбил свой первый летающий прототип в 2021 году. Они отключили топливный элемент в воздухе, чтобы дать ему остыть, а затем не смогли его перезапустить. Затем ZeroAvia снова поднялся в воздух, но уже с гибридной установкой на водороде и ископаемом топливе, аналогичной Universal Hydrogen, хотя и на меньшем, двухмоторном, самолёте.
Марк Кузен, технический директор Universal Hydrogen, рассказал изданию TechCrunch, что их топливный элемент может работать весь день без перегрева благодаря большим воздуховодам.
Ещё одна проблема для самолётов на топливных элементах — хранение водорода, необходимого для полёта. Даже в самой плотной, переохлаждённой жидкой форме водород содержит лишь около четверти энергии аналогичного объёма реактивного топлива. Крыльевые баки недостаточно велики для любых полётов, кроме самых коротких, и поэтому топливо приходится хранить внутри фюзеляжа. В описываемом 15-минутном полёте израсходовали около 16 кг газообразного водорода — половину количества, хранящегося в двух баках. Однако Universal Hydrogen планирует переоборудовать свой испытательный самолёт для работы на жидком водороде в конце этого года.
Пол Еременко стал соучредителем Universal Hydrogen в 2020 году, и компания привлекла 20,5 млн $ в раунде финансирования серии A в 2021 году. Весь объём финансирования на сегодняшний день приближается к 100 млн $, включая инвестиции от Airbus, General Electric, American Airlines, JetBlue и Toyota. Штаб-квартира компании находится недалеко от SpaceX в Хоторне, штат Калифорния, с инженерным центром в Тулузе, Франция.
Universal Hydrogen проведёт дальнейшие испытания на озере Мозес. Компания будет работать над доработкой программного обеспечения и в конечном итоге переоборудует самолёт для использования жидкого водорода. В начале следующего года испытательный самолёт, скорее всего, спишут, и топливный элемент отправится в Смитсоновский музей авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия.
Universal Hydrogen надеется в 2025 году начать поставки комплектов для перехода на топливные элементы региональных самолётов, таких как Dash-8. У компании уже есть около 250 заказов на модернизацию на сумму более 1 млрд $ от 16 клиентов, включая Air New Zealand. Джон Томас — гендиректор Connect Airlines, которая планирует стать первым американским перевозчиком, использующим технологию Universal Hydrogen. Он сказал, что партнёрство обеспечивает самый быстрый путь к работе с нулевым уровнем выбросов для мировой авиационной отрасли.
Почти весь водород, используемый сегодня, производится на месте потребления. Причина не только в том, что вещество легко утекает и может повредить традиционные стальные контейнеры, но главным образом в том, что в своей наиболее полезной форме — компактной жидкости — водород должен храниться в криогенных условиях, что требует дорогостоящего охлаждения.
Жидкий водород для испытательного полёта, кстати, получили от коммерческого поставщика «зелёного водорода», что означает, что его произвели с использованием возобновляемых источников энергии. Но таким путём выпускают лишь малую часть производимого сегодня водорода. Если водородная экономика действительно собирается преодолеть климатический кризис, «зелёный водород» должен стать намного доступнее — и дешевле — в производстве, хранении и транспортировке.
Первоначально Еременко основал Universal Hydrogen для разработки водородных модулей, которые бы можно было перевозить стандартными полуприцепами и просто устанавливать в самолёты или другие транспортные средства для немедленного использования. Такая конструкция позволяет сохранять жидкий водород до 100 часов. В Universal Hydrogen заявляют, что набрали заказы на обслуживание топлива на сумму более 2 млрд $ на десятилетие вперёд.
Прототипы модулей они показали в декабре, и компания надеется в конце этого года открыть для них производство площадью 58,5 тыс. кв. м в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Проект стоимостью почти 400 млн $ зависит от успеха заявки в Министерства энергетики США на получение кредита в более чем 200 млн $.
Некоторые эксперты скептически относятся к тому, что водород когда-либо окажет существенное влияние на выбросы авиации. Бернард ван Дейк, учёный в области авиации из Коалиции по изучению водорода, положительно оценил простоту модулей Universal Hydrogen. Но при этом отметил, что даже НАСА испытывало проблемы с контролем утечек водорода в ракетах.
Вам всё равно придётся подсоединять канистры к самолёту. Как всё это будет в безопасности? Если водород протечёт, и кто-то зажжёт спичку, это приведёт к катастрофе. Думаю, что они также недооценивают весь процесс сертификации нового водородного силового агрегата
— Бернард ван Дейк, Коалиция по изучению водорода.
Даже когда эти препятствия будут преодолены, остаётся проблема получения достаточного количества экологически чистого водорода с использованием возобновляемой электроэнергии по цене, которую люди будут готовы платить. Ван Дейк пояснил, что для выполнения всех европейских рейсов на водороде понадобятся 89 тыс. больших ветряных турбин для производства достаточного количества водорода. В таком случае ветряки займут площадь, примерно в два раза превышающую территорию Нидерландов.
Но Пол Еременко по-прежнему убеждён, что Universal Hydrogen и её партнёры могут заставить проект работать с помощью субсидии по 3 $ за килограмм на экологически чистый водород благодаря Закону Байдена о снижении инфляции.
Стоимость и доступность «зелёного водорода» не входит в число вещей, которые не дают мне спать по ночам
— Пол Еременко, соучредитель и гендиректор Universal Hydrogen.
