Universal Hydrogen utiliza tanques de preforma de carbón trenzado seco como parte del plan para descarbonizar la aviación

Crédito de la foto:Universal Hydrogen

Paul Eremenko, ex director de tecnología de Airbus SE (Leiden, Países Bajos) y United Technologies Corp. (Farmington, Connecticut, EE. UU.), Cofundó Universal Hydrogen (Los Ángeles, California, EE. UU.) Para proporcionar la infraestructura necesaria para aviación impulsada por hidrógeno. Los viajes aéreos representan aproximadamente el 2,5% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Airbus y el gobierno francés han anunciado planes para solucionar este problema desarrollando el primer avión comercial descarbonizado que entrará en servicio en 2035. Airbus ha anunciado tres diseños preliminares de aviones, todos basados ​​en propulsión de hidrógeno.

“El desafío clave, en nuestra opinión, es la infraestructura”, dice el CTO de Universal Hydrogen, J.P. Clarke. “En lugar del tiempo y el costo para construir tuberías y sistemas de transporte de hidrógeno especializados, queremos aprovechar la infraestructura de transporte de carga en contenedores existente combinada con tecnología nueva y eficiente para proporcionar una solución de baja inversión de capital. Nuestros módulos de cápsula doble permiten un fácil llenado, transporte y carga en el avión y un peso mucho más ligero que las baterías. Este enfoque también es escalable. A medida que crece la demanda, también lo hace la red de suministro, simplemente aumentando el número de módulos en circulación, pero con una barrera de entrada baja ”.

Conversión de aviones turbohélice

La compañía planea reactivar el mercado convirtiendo los aviones regionales ATR y Dash 8 de doble turbohélice en propulsión de pila de combustible de hidrógeno. El módulo de cápsulas gemelas desarrollado para estos aviones utiliza cilindros de 850 bar fabricados con una preforma trenzada de carbono continuo, de varias capas, optimizado en peso, sobre una membrana de baja permeabilidad para el almacenamiento de gas hidrógeno a alta presión; o dos tanques metálicos, aislados pero sin refrigeración activa, para transportar hidrógeno líquido. Los módulos se han dimensionado para proporcionar 400 millas náuticas de alcance con gas a alta presión y 550 millas náuticas con hidrógeno líquido.

Se cargarán hasta tres módulos en el fuselaje trasero de los aviones a través de la puerta de servicio, ligeramente ensanchada como parte de la modificación del certificado de tipo suplementario (STC). El hidrógeno se conectará externamente al fuselaje en las góndolas, cada una reemplazando el motor turbohélice con una pila de celda de combustible de 2 megavatios que alimenta un motor eléctrico para la hélice más un motor más pequeño para la energía auxiliar. Las celdas de combustible usan el hidrógeno como combustible y emiten solo vapor de agua, que se recolecta y vierte en condiciones de vuelo cuando no se producen estelas de condensación para un impacto ambiental mínimo. Un sistema de gestión térmica que incluye un radiador en la góndola enfriará la pila de combustible y el motor.

La modernización ha sido diseñada para mantener el rendimiento de la aeronave con el rango antes mencionado basado en gas o combustible líquido, pero requiere perder dos filas de asientos para acomodar los módulos de dos tanques. La cocina trasera también se mueve hacia el frente, perdiendo dos asientos adicionales, para una reducción total de la capacidad de 40 pasajeros. A pesar de esto, Universal Hydrogen estima que la economía operativa se mantiene aproximadamente sin cambios en términos de costo por milla de asiento disponible.

A pesar de que el hidrógeno es actualmente más caro que el combustible para aviones, se espera que su costo disminuya a medida que los importantes aumentos de producción anunciados y planificados entren en funcionamiento. Eremenko también estima una mejora de al menos un 25% en los costos de mantenimiento y revisión para un sistema de propulsión eléctrico de celda de combustible en comparación con un motor de combustión.

Modelo comercial, calendario y socios

Universal Hydrogen planea ofrecer módulos de combustible de hidrógeno y un kit de actualización para convertir los aviones Dash 8 y ATR, con el objetivo de una entrada en servicio en 2024. Eremenko ha descrito el subsidio de la conversión a hidrógeno para los transportistas regionales, esencialmente ofreciendo "una conversión de bajo costo o sin costo" a cambio de un contrato de combustible de hidrógeno a largo plazo.

Después de esta etapa inicial, la compañía apunta a lanzar sus planes de conversión como un diseño de código abierto que los desarrolladores de aviones más pequeños pueden personalizar, desde la movilidad aérea urbana hasta el mercado de aviones de cercanías. La compañía planea asociarse con OEM de fuselajes de transporte regionales y más grandes, desde ATR y De Havilland Canadá, hasta Boeing y Airbus, con miras a reducir el riesgo de la decisión de optar por el hidrógeno.

Universal Hydrogen está avanzando hacia un diseño finalizado y espera tener una demostración del tren motriz y los módulos de combustible listos para el 2021. A continuación, se realizarán pruebas de vuelo experimentales y luego la certificación. Paralelamente, la empresa madurará su red logística de hidrógeno y desarrollará un sistema de producción para los módulos de combustible. Hasta ahora, ha sido autofinanciado por sus fundadores y socios por una suma de alrededor de $ 5 millones. Se estima que se necesitarán alrededor de $ 300 millones para alcanzar los primeros ingresos.

Aunque Universal Hydrogen se centrará en impulsar aviones a través de celdas de combustible de hidrógeno, los mismos módulos de combustible también podrían usarse para impulsar aviones que queman hidrógeno en motores a reacción modificados. El objetivo de la compañía de aviones de pasillo único y de mediano alcance comprende la gran mayoría de vuelos a nivel mundial y ofrece un enorme potencial de mercado, dice el ex CEO de Airbus, Tom Enders, quien está asesorando la puesta en marcha.