エアバスは、燃料細胞を搭載した電気航空機を計画しています

現在、最大の気候関連のエンジニアリングの課題の1つは、大規模でゼロ排出の旅客機の設計と建設です。そして、この大規模な事業では、飛行機メーカーはエアバスと同じくらい投資されていません。

3月24日と25日のジャーナリストのシンポジウムであるエアバスサミットでは、トップエグゼクティブが、同社の次の数世代の航空機に対する大胆で技術的なビジョンをスケッチしました。ハイライトは、技術的な観点から、燃料細胞を搭載した超伝導航空会社です。

エアバスの戦略は、並行開発の取り組みに基づいています。大規模な燃料細胞航空機を作成するために必要な膨大なR＆Dプロジェクトを実施している間、同社はまた、燃焼ベースの推進から最も可能な効率を絞るために設計された旅客機で積極的に機能すると述べた。エアバスの将来のプログラム責任者であるブルーノ・フィシェフーによると、この飛行機では、同社は燃料消費量の20〜30％の削減を目標としています。飛行機は、市場で最も売れている旅客機の航空機であるAirbusのA320ファミリーの航空機を引き継ぐように設計された、単一の通路の旅客機であり、約12,000人が配達されます。同社は、2030年代後半に新しい飛行機がある程度の時間に就くことを期待しています。

エアバスは、ジェットエンジン、翼、軽量、高強度の複合材料、および持続可能な航空燃料の新たな進歩を活用することにより、このような大規模な効率的な利益を達成したいと考えています。たとえば、エアバスは現在、一対の高度なジェットエンジンで作業していることを明らかにしました。そのため、周囲のナセルなしでブレードが回転するオープンファンがあります。エアバスは、GE航空宇宙とSafranの航空機エンジンの合弁会社であるパー​​トナーCFM Internationalとのプロジェクトで、このようなエンジンを評価しています。

それらを囲むナセルがなければ、エンジンのファンブレードは非常に大きく、より高いレベルの「バイパス空気」を可能にすることができます。これは、燃料を燃焼させるために使用され、推力を提供するために追放されるエンジンの背面に吸い込まれた空気である空気です。 GE航空宇宙のチーフテクノロジーおよび執行責任者であるMohamed Aliによると、バイパス空気と燃焼空気と燃焼空気の比率はエンジン性能の重要な尺度であり、より高い比率が高いことを示しています。 ALIによると、今日の典型的なバイパス比は11または12ですが、オープンファン設計により60までの比率を有効にする可能性があります。

パートナーは、ヨーロッパでの2つの異なる一連のウィンドトンネルテストですでにオープンファンエンジンをテストしている、とアリは付け加えた。 「結果は、パフォーマンスとノイズの検証の点で本当に良いという理由だけでなく、 [because] 彼らは私たちが行った計算分析を検証している」とアリはエアバスイベントで述べた。

昨年、オープンファン航空機エンジンのスケールモデルは、フランスのモデーンにある風洞でテストされました。このテストは、フランスの国立航空宇宙研究機関と、GE航空宇宙を備えたオープンファンエンジンに取り組んでいるサフラン航空機エンジンによって実施されました。Safran Aircraftエンジン

燃料細胞の旅客機は、ゼロ排出目標の基礎です

この高度な燃焼駆動の旅客機と並行して、エアバスはZeroeというプログラムの下で5年間燃料細胞航空機を開発してきました。サミットでは、エアバスのCEOであるGuillaume Fauryは、2035年までにそのような飛行機を飛行するというゴールから後退しました。そのような航空機を証明するための規制枠組みの欠如と、商業規模と競争力のある価格で「緑」水素を生産するために必要なインフラストラクチャのビルドアウトの遅いペースを挙げました。 「私たちは解決策を持っているような「水素の一致」のリスクがありますが、それは大規模な商業的に実行可能な解決策ではありません」とFaury氏は説明しました。

とはいえ、彼はプロジェクトに対する会社のコミットメントを再確認するために苦労しました。 「私たちは水素を信じ続けています」と彼は宣言しました。 「これは航空にとって未来のエネルギーであると絶対に確信していますが、やるべきことが増えています。エアバスのための作業が増え、周囲の他の人たちがそのエネルギーを大規模なものにもたらし、それが競争力があり、成功につながり、脱炭化に大きく貢献します。」航空を含む世界の主要産業の多くは、2050年までにゼロの温室効果ガス排出を達成することを誓約しています。これは、Fauryや他のエアバスの役人がZeroeプロジェクトの重要なドライバーとして繰り返し呼び出されたという事実です。

イベントの後半では、エアバスのゼロープログラムを担当する副社長であるグレン・ルウェリンは、このプロジェクトを詳細に説明し、息をのむような技術的野心の努力を示しています。想定されている航空機は、少なくとも100人を座り、1000海里（1850キロメートル）の範囲を持つことになります。 4メガワットの出力を持つ4つの燃料セル「エンジン」（各翼に2つ）を搭載します。

エアバスの燃料電池推進システム開発の責任者であるHauke Lueddersによると、同社はすでに、Liebherr Group、Elringklinger、Magna Steyr、Diehlなどのパートナーと構築された1.2 MWシステムでミュンヘンで広範なテストを行っています。 Luedders氏は、同社はまだ技術にはまだ解決されていないが、低温のプロトン交換機膜燃料電池に焦点を当てていると述べた。

しかし、本当の衝撃は、エアバスでの包括的なプログラムのLlewellynの説明であり、燃料細胞航空機の完全な超伝導電源を設計およびテストしました。 「航空機に保管されている水素は、摂氏253度を引いた非常に寒い温度で保存されるため、この温度と極低温技術を使用して、完全なシステムの電気を効率的に冷却することができます」とLlewellyn氏は説明しました。 「それはエネルギー効率とパフォーマンスを大幅に改善します。そして、これが適切な努力と適切なパートナーシップを備えた初期の技術であっても、これは私たちの燃料細胞航空機のゲームチェンジャーである可能性があります。

からの質問への応答 IEEEスペクトル、Llewellynは、電気推進システムのすべての主要なコンポーネントが凍結冷却されることを詳しく述べました：「電気配電システム、電子制御、電力コンバーター、およびモーターズ」 – 特に、モーターのコイル。 「私たちはすべてのコンポーネントでパートナーと協力しています」と彼は付け加えました。凍結冷却システムは、コンポーネントを冷たく保つために循環する冷媒を冷やすと彼は説明した。

エアバスが想定しているように、燃料電池航空機の「エンジン」には、2メガワット電気モーターと関連するモーターコントロールユニット（MCU）、モーターに電力を供給する燃料細胞システム、および空気、水素燃料、液体冷媒、およびその他の必要性を供給するための関連システムが含まれます。 RAMエアシステムは、冷却システムで使用するために航空機を流れる冷気をキャプチャします。エアバスSAS

航空は超伝導体のキラーアプリになる可能性がありますか？

Llewellynは、チームがどの超伝導体と冷媒を扱っていたかを指定しませんでした。しかし、超伝導を維持するために必要な冷却システムの要件が大幅に減少したため、高温の超伝導体は良い賭けです。

銅ベースのセラミック超伝導体は1986年にIBMで発明され、それらのさまざまな形態は、周囲圧力で-238°C（35 K）から–140°C（133 K）の温度で超伝導を行うことができます。これらの温度は、約25 K未満の温度が必要な従来の超伝導体よりも高くなっています。それでも、高温の超伝導体の商業用途はとらえどころのないものです。

しかし、エール大学にある超伝導の専門家である物理学者のYuを応用し、エアバスからのニュースに心がけました。 「私の最初の反応は、「本当に？」でした。そして、私の2番目の反応は、エアバスの野心的な計画について、この研究のライン全体、またはアプリケーション全体が本当に成長していることであり、私は非常に喜んでいます。

銅酸化物の超伝導体はいくつかの用途で使用されており、そのほとんどすべてが実験的です。これらには、風力発電機、磁気レビテーション列車のデモンストレーション、短い電気伝達ケーブル、磁気共鳴イメージングマシン、特に実験的なトカマック融合反応器用の電磁石コイルが含まれていました。

Commonwealth Fusion Systemsと呼ばれるフュージョンスタートアップのTokamakアプリケーションは、コイルを作るために、エンジニアが非常に脆い銅酸化物の超伝導材料を使用して非常に高い電流の流れを維持し、したがって非常に強力な磁場を形成できるテープに変えるためのプロセスを確立しなければならなかったため、特に関連しています。

「このような大きな電流を提供するための超伝導体を持つことは、熱を発生しないため、望ましいです」と彼は言います。 「つまり、第一に、コイル自体から直接失われるエネルギーがはるかに少ないことを意味します。第二に、熱を除去するためにそれほど多くの冷却力を必要としません。」

それでも、技術的なハードルはかなりのものです。 「モーターの内部では、空力摩擦のために激しい熱を除去する必要があると主張することができます」と彼は言います。 「それでは、モーター内の全体的な熱をどのように管理しますか？」

Air Liquide Advanced Technologiesのエンジニアは、2024年11月に液体水素ブレッドボードで水素貯蔵および流通システムのテストに取り組んでいます。「ブレッドボード」は、昨年、フランスのグレノーブルでエアリキドとエアバスによって設立されました。セライン・サドネット/マスター映画

この課題のために、エンジニアは少なくとも冷たくて速い空気を備えた好ましい環境を持っています。エンジニアは、冷却を支援するためにモーターやその他のコンポーネントを介した「大規模な空気の流れ」を活用できると彼は示唆している。スマートデザインは、「流れる空気のこの運動エネルギーを利用する」ことができます。

エアバスは、進化する燃料細胞推進システムをテストするために、「液体水素ブレッドボード」と呼ばれるグルノーブルにユニークなテストセンターを構築しました。 「私たちはAir Liquide Advanced Technologiesと提携しました」と施設を建設したと彼は言いました。 「このブレッドボードは、将来の航空機アーキテクチャの主要な要素、タンク、バルブ、パイプ、ポンプの重要な要素をシミュレートするために設計された多用途のテストプラットフォームであり、フルスケールでのさまざまな構成を検証することができます。このテスト施設は、安全性、水素操作、タンク設計、燃料補給、換気、測量に関する重要な洞察を得るのに役立ちます。」

「2025年を通して、完全な液体水素と流通システムのテストを継続します」とLlewellyn氏は付け加えました。 「そして2027年までに、私たちの目的は、さらに大きな一歩を踏み出し、燃料細胞エンジンと液体水素貯蔵と流通システムを含む完全なエンドツーエンドシステムをテストすることです。これにより、動作中のシステム全体を評価できます。」

グレン・ゾルペットはエアバスのゲストとしてトゥールーズに旅行しました。