Voo de hidrogênio parece pronto para decolar com novos avanços

“Se tudo der certo, a comercialização do voo a hidrogênio pode ir muito rápido agora. Já em 2028, os primeiros voos comerciais a hidrogênio na Suécia podem estar no ar”, diz Tomas Grönstedt, professor da Chalmers University of Technology e diretor do centro de competência TechForH2* na Chalmers.

Alguns desses avanços tecnológicos podem ser vistos dentro dos túneis de vento Chalmers, onde pesquisadores testam condições de fluxo de ar em instalações de ponta. Aqui, motores mais eficientes em termos de energia estão sendo desenvolvidos, o que abre caminho para voos seguros e eficientes de hidrogênio para veículos pesados.

O futuro da aviação de hidrogênio de curto alcance para os países nórdicos

Para a aviação movida a hidrogênio, voos de curto e médio alcance são os mais próximos de serem realizados. Um estudo publicado recentemente pela Chalmers mostra que voos movidos a hidrogênio têm o potencial de atender às necessidades de 97% de todas as rotas de voo intra-nórdicas e 58% do volume de passageiros nórdicos até 2045.

Para este estudo, os pesquisadores assumiram uma distância máxima de voo de 750 milhas e o uso de um modelo de aeronave existente adaptado para energia de hidrogênio. O estudo, liderado pelo aluno de doutorado Christian Svensson no grupo de pesquisa de Tomas Grönstedt, também apresentou um novo tanque de combustível que poderia conter combustível suficiente, era isolado o suficiente para conter o hidrogênio líquido superfrio e, ao mesmo tempo, era mais leve do que os sistemas de tanques de combustível baseados em fósseis de hoje.

Novos trocadores de calor para melhor consumo de combustível

Os trocadores de calor são uma parte vital da aviação de hidrogênio e são uma parte fundamental dos avanços tecnológicos que estão ocorrendo. Para manter os sistemas de combustível leves, o hidrogênio precisa estar na forma líquida. Isso significa que o hidrogênio é mantido super-resfriado na aeronave, normalmente em torno de -250 graus Celsius. Ao recuperar o calor dos escapamentos quentes dos motores a jato e resfriando os motores em locais estratégicos, eles se tornam mais eficientes. Para transferir o calor entre o hidrogênio super-resfriado e o motor, novos tipos de trocadores de calor são necessários.

Para enfrentar esse desafio, pesquisadores da Chalmers têm trabalhado por vários anos para desenvolver um tipo completamente novo de trocador de calor. A tecnologia, que agora está com patente pendente pelo parceiro GKN Aerospace, aproveita a baixa temperatura de armazenamento do hidrogênio para resfriar peças do motor e, em seguida, usa o calor residual dos gases de escape para pré-aquecer o combustível várias centenas de graus antes de ser injetado na câmara de combustão.

“Cada grau de aumento na temperatura reduz o consumo de combustível e aumenta o alcance. Conseguimos mostrar que aeronaves de curta e média distância equipadas com o novo trocador de calor poderiam reduzir seu consumo de combustível em quase oito por cento. Considerando que um motor de aeronave é uma tecnologia madura e bem estabelecida, é um resultado muito bom de um único componente”, diz Carlos Xisto, Professor Associado da Divisão de Mecânica dos Fluidos da Chalmers e um dos autores do estudo.

Os pesquisadores também observam que, com mais otimização, esse tipo de tecnologia de trocador de calor em uma aeronave comercial Airbus A320 comum poderia proporcionar um alcance melhorado de até dez por cento, ou o equivalente à rota Gotemburgo-Berlim (aproximadamente 450 milhas).

Suécia promete grandes investimentos, apesar dos desafios

O trabalho para desenvolver soluções para a aviação a hidrogênio do futuro está ocorrendo em uma ampla frente, com governos, universidades e empresas privadas trabalhando juntos. Na Suécia, o cluster de inovação, Swedish Hydrogen Development Centre (SHDC), reúne os principais participantes, incluindo líderes da indústria e especialistas da academia. Em um recente seminário do SHDC, pesquisadores da Chalmers apresentaram seu trabalho e várias empresas comerciais testemunharam grandes investimentos em voos a hidrogênio nos próximos anos. Embora a tecnologia esteja bem avançada, os desafios estão mais nos grandes investimentos necessários e no desenvolvimento de infraestrutura, modelos de negócios e parcerias para poder produzir, transportar e armazenar o hidrogênio para que a transição para o voo a hidrogênio seja possível. Espera-se que uma transição total exija cerca de 100 milhões de toneladas de hidrogênio verde anualmente.

“Há expectativas da indústria de que 30-40 por cento da aviação global será movida a hidrogênio até 2050. É provável que, por vários anos, precisaremos de uma mistura de aeronaves que funcionem com eletricidade, combustível e-jet menos prejudicial ao meio ambiente e hidrogênio. Mas cada aeronave que pode ser movida a hidrogênio de energia renovável reduz as emissões de dióxido de carbono”, diz Tomas Grönstedt.

Dentro do TechForH2, há boas condições para enfrentar o desafio do hidrogênio e, com um orçamento de SEK 162 milhões (equivalente a US$ 15,5 milhões), o centro de competência pode contribuir para o desenvolvimento de diversas áreas de pesquisa que vinculam o hidrogênio ao transporte pesado.

Mais sobre TechForH2

• O TechForH2 é um centro de competência para pesquisa multidisciplinar sobre hidrogênio com o objetivo geral de desenvolver novas tecnologias em propulsão a hidrogênio para veículos mais pesados ​​como um passo importante na transição para um sistema de transporte livre de combustíveis fósseis.
• A TechForH2 foi fundada pela Chalmers University of Technology, na Suécia, e é uma joint venture com a Rise, Volvo, Scania, Siemens Energy, GKN Aerospace, PowerCell, Oxeon, Insplorion, Johnson Matthey e Stena.
• Com financiamento da Chalmers University of Technology, da Agência Sueca de Energia e dos parceiros do centro, o orçamento total do centro chega a quase SEK 162 milhões ao longo de um período de cinco anos em uma primeira fase, com possibilidade de extensão por mais cinco anos.
• O centro conduz pesquisas em diversas áreas, como desenvolvimento de materiais, produção, gerenciamento de calor, células de combustível, sistemas de veículos, sensores, segurança e diversos aspectos sociais da transição para a operação de hidrogênio no transporte pesado.

Mais sobre hidrogênio e voos com hidrogênio:

• O hidrogênio, H2, é um gás invisível, inodoro e volátil que se liquefaz a cerca de -250 graus Celsius (20 Kelvin).
• Se o hidrogênio for produzido usando energia renovável, ele é livre de emissões de dióxido de carbono. Isso é conhecido como “hidrogênio verde”.
• Os voos a hidrogênio podem ser movidos eletricamente, usando células de combustível que convertem o hidrogênio em eletricidade por meio de catálise, ou com motores a jato, onde o hidrogênio é queimado em uma turbina a gás.
• O hidrogênio contém mais energia por quilograma do que o querosene atual e também tem a vantagem de que o produto residual da combustão é principalmente vapor de água.
• O gás é altamente inflamável se misturado com ar, razão pela qual sensores de alta eficiência são necessários.
• Na indústria, o hidrogênio é atualmente usado na produção, por exemplo, de aço sem combustíveis fósseis.