Vätgas som bränsle har länge varit en framtidsdröm inom flygbranschen.
Nu är genombrottet nära och redan om drygt 10 år kan de första vätgasdrivna flygplanen lyfta från marken.
GKN Aerospace är en del av utvecklingen på flera sätt och deltar i ett antal större projekt, både svenska och internationella, för att utveckla tekniken som ska möjliggöra framtida vätegasframdrift för flyget.
Europas flygindustri har antagit en ambitiös färdplan för att nå netto-nollutsläpp till 2050. Ett av de viktigaste initiativen för att nå dit är övergången från fossilbaserat bränsle till grön vätgas, eller snarare kryogent flytande väte vilket kräver lägre tankvolym, för att driva flygplanen. Vätgas innehåller mer energi per kilo än dagens flygfotogen och har den stora fördelen att det främst uppstår vattenånga vid förbränning. Det skulle innebära att bytet av drivmedel gör att branschen, som idag står för ungefär tre procent av de sammanlagda globala koldioxidutsläppen, kan minska sin miljöpåverkan dramatiskt. Bedömningen är att 50 till 90 procent av dagens koldioxidutsläpp kan elimineras med vätgasflyg. Det skulle innebära en minskning med minst 500 miljoner ton per år beräknat på dagens resandevolym. Samtidigt krävs betydande teknikframsteg för att detta ska bli verklighet, och för att hamna på den högre halvan av intervallet måste vätgasen framställas av fossilfria energikällor.
– Om vi lyckas med det här kommer det att innebära ett otroligt steg för branschen, men det är mycket som ska komma på plats först. Utöver att anpassa motorer och flygplanskomponenter är den största utmaningen att hitta sätt att producera och distribuera tillräckliga volymer av väte utan att flytta utsläppen till bränsleframställningen. Annars blir den miljömässiga vinsten betydligt mindre. Så ambitionen förutsätter en kraftig utbyggnad av de fossilfria energikällorna under de kommande decennierna, säger Oskar Thulin, Technology Project Manager på GKN Aerospace i Trollhättan, och lägger till: – Samtidigt pågår utvecklingen av alternativa drivmedel för att påbörja klimatomställningen så snart som möjligt. Först ut är SAF (Sustainable Aviation Fuel), men produktionen bygger initialt på biologiska råvaror och kommer därför att vara relativt begränsad. Det finns också möjligheter att framställa SAF som elektrobränsle på sikt, men det är mer kostsamt. På längre sikt kommer SAF troligen fortsätta att driva planen som färdas de allra längsta sträckorna. Det beror på att bränslet har högre energidensitet per volym än vätgas vilket gör bränsletankarna mindre och planen lättare, medan väte har bra förutsättningar att användas för de flesta korta och medellånga flygningarna, till exempel inom Europa.
Projektteamet för H2JET besöker Chalmers
Vikten är en av de största utmaningarna
Målet är att de första vätgasdrivna planen för passagerartrafik ska vara i luften redan år 2035 och just nu pågår ett stort antal projekt för att nå dit. Som en partner till de största motorleverantörerna, och med sin långa erfarenhet av att utveckla vätgasdrivna motorer till rymdraketer, är GKN Aerospaces kompetens högt efterfrågad och företaget har varit involverat i både svenska och internationella samarbeten för att accelerera utvecklingen.
Under 2021 och 2022 har Oskar Thulin lett ett projekt för att utveckla möjligheten att förbränna väte i jetmotorer. Projektet som går under namnet H2JET har medfinansierats av Energimyndighetens och har även genomförts i samarbete med ett antal svenska högskolor, forskningsinstitut och företag. Projektet fokuserade på utvecklingen av högtryckspumpar för kryogent väte för att kunna driva på vätet genom motorns bränslesystem och in i brännkammaren, bränslerör som kan klara höga tryck och låga temperaturer, samt värmeväxlare för förvärmning av vätet innan det förbränns.
– I stort kommer vi att kunna använda samma typ av motorer som idag, men utmaningen ligger i att utveckla bränslesystemet för att hantera det kalla vätet. För att vätgasen ska bli tillräckligt kompakt för att kunna förvaras som bränsle i ett kommersiellt flygplan måste den kylas ned till minus 250 grader. Genom att förvärma bränslet med hjälp av de varma avgaserna från motorn kan vi öka verkningsgraden, vilket är en nyckel för att kunna minimera bränsleförbrukningen och därmed tankvolymen. Under projektet tog GKN bland annat fram ett världsunikt design-koncept för integration av dessa värmeväxlare, säger Oskar Thulin innan han avslutar:
– Generellt handlar många av utmaningarna om att motverka att bränsletankarna och flygplanen blir tyngre än vad som är absolut nödvändigt eftersom ett tyngre flygplan kräver mer bränsle för att flyga, vilket i sin tur kräver större tankar och så vidare. Under de senaste åren har utvecklingstakten ökat exponentiellt inom vätgasområdet med ambitionen att minimera koldioxidutsläppen från flyget, och nu diskuterar branschen snarare tidpunkten när de första kommersiella vätedrivna passagerarflygplanen kan lyfta än om det är möjligt. Vi har definitivt några väldigt spännande decennier framför oss och vi ser fram emot att fortsatt driva utvecklingen framåt, avslutar Oskar Thulin
