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O desafio de ter hidrogênio a -253°C nos aviões da próxima geração

Imagem: Airbus

O hidrogênio é uma das tecnologias mais promissoras para reduzir o impacto climático da aviação. Quando gerado a partir de fontes renováveis ​​de energia, emite zero CO2. Além disso, ele fornece aproximadamente três vezes a energia por unidade de massa do combustível de jato convencional e mais de 100 vezes a energia das baterias de íon-lítio. Isso o torna adequado para alimentar aeronaves. 

No entanto, segundo a Airbus, armazenar hidrogênio a bordo de uma aeronave apresenta vários desafios. O hidrogênio pode fornecer mais energia em massa do que o querosene, mas fornece menos energia em volume. Em pressão atmosférica e temperatura ambiente normais, você precisaria de aproximadamente 3.000 litros de hidrogênio gasoso para obter a mesma quantidade de energia de um litro de querosene.

Claramente, isso não é viável para a aviação. Uma alternativa seria pressurizar o hidrogênio a 700 bar – abordagem utilizada no setor automotivo. No exemplo acima, isso reduziria os 3.000 litros para um tanque (cilindro) de apenas seis litros.

Isso pode representar uma grande melhoria, mas o peso e o volume são essenciais para as aeronaves, então um pesado e grande cilindro é um problema. Para melhorar ainda mais a situação, pode-se reduzir a temperatura para -253°C. É quando o hidrogênio se transforma de gás em líquido, aumentando ainda mais sua densidade de energia. Voltando ao exemplo acima, os 3.000 litros de gás se tornariam quatro litros de hidrogênio líquido, armazenando energia equivalente a um litro de combustível padrão para aviação.

Requisitos exigentes para tanques de hidrogênio

Manter uma temperatura tão baixa requer tanques de armazenamento muito específicos. Atualmente, eles consistem em um tanque interno dentro de outro externo ligeiramente maior, com vácuo entre eles e um material específico, como um MLI (Multi-Layer Insulation), para minimizar a transferência de calor por radiação.

Imagem: Airbus

Tanques criogênicos de armazenamento de hidrogênio líquido já são usados ​​em várias indústrias, incluindo aeroespacial, o que representa uma boa visão dos desafios envolvidos. O envolvimento da Airbus no programa espacial Ariane, por exemplo, ajudou a ganhar conhecimento na instalação de sistemas, em testes criogênicos e gerenciamento de derramamento de combustível, ou mesmo em como construir o próprio tanque interno.

Mas embora existam algumas sinergias entre o voo espacial e a aviação, também existem inúmeras diferenças importantes. Os requisitos de segurança são diferentes entre os aviões e os lançadores espaciais, pois os tanques de armazenamento de hidrogênio para aeronaves comerciais teriam que suportar aproximadamente 20.000 decolagens e pousos e precisariam manter o hidrogênio no estado líquido por muito mais tempo.

Como parte de seu compromisso com a indústria aeroespacial limpa, a Airbus agora está adaptando e desenvolvendo para a aviação a tecnologia de armazenamento de hidrogênio existente. Várias novas instalações de pesquisa e desenvolvimento em toda a Europa começaram recentemente a trabalhar em tanques de armazenamento de hidrogênio líquido para a aeronave conceito ZEROe.

No curto prazo, os tanques de hidrogênio líquido para voos comerciais provavelmente serão metálicos. Esta abordagem será seguida pelos Centros de Desenvolvimento de Emissão Zero (ZEDCs) em Nantes, França, e Bremen, no norte da Alemanha. 

No longo prazo, no entanto, os tanques feitos de materiais compostos podem ser mais leves e de fabricação mais econômica. A Airbus irá acelerar o desenvolvimento desta abordagem em seu novo ZEDC na Espanha e em seu centro de pesquisa de compostos em Stade, Alemanha.

“Adaptar a tecnologia de tanque criogênico para aeronaves comerciais representa alguns dos principais desafios de projeto e fabricação”, disse David Butters, chefe de engenharia de armazenamento e distribuição de LH2 da Airbus. “Os novos ZEDCs da Airbus hospedarão equipes multidisciplinares de engenharia para criar soluções inovadoras que atenderão aos exigentes requisitos aeroespaciais.”

A Airbus espera que todos os ZEDCs estejam totalmente operacionais e prontos para testes em solo com o primeiro tanque criogênico de hidrogênio totalmente funcional durante 2023, e com testes de voo começando em 2025.

Informações da Airbus