پروازهای پاک‌تر با هیدروژن مایع؛ نوآوری مهندسان آمریکایی برای آینده هوانوردی
در مواجهه با بحران فزاینده اقلیمی و لزوم کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت هوانوردی، مهندسان آمریکایی دست به نوآوری چشمگیری زده‌اند. آن‌ها موفق به طراحی اولین سیستم یکپارچه سوخت‌رسانی و خنک‌سازی مبتنی بر هیدروژن مایع برای هواپیماها شده‌اند. این فناوری پیشگامانه که برای هواپیماهای هیبریدی-الکتریکی توسعه یافته، نه تنها با افزایش بهره‌وری سوخت، راه را برای پروازهای پاک‌تر هموار می‌کند، بلکه به‌طور هوشمندانه‌ای چالش خنک‌سازی اجزای حساس پروازی را نیز با استفاده از خود هیدروژن مایع مرتفع می‌سازد و گامی بلند به‌سوی آینده‌ای پایدار در حمل‌ونقل هوایی محسوب می‌شود.
به گزارش تجارت نیوز، با شدت گرفتن بحران اقلیمی، صنعت هوانوردی نیز زیر ذره‌بین قرار گرفته است. هرچند سهم این صنعت از انتشار جهانی گازهای گلخانه‌ای تنها ۲ درصد است، اما با گسترش سفرهای هوایی و افزایش نیاز به پروازهای طولانی‌مدت، تأثیرات محیط‌زیستی آن روزبه‌روز چشم‌گیرتر می‌شود. حالا مهندسان آمریکایی با طراحی اولین سیستم یکپارچه سوخت‌رسانی و خنک‌سازی مبتنی بر هیدروژن مایع، گام بلندی به‌سوی آینده‌ای پاک در حمل‌ونقل هوایی برداشته‌اند. این فناوری نه‌تنها بهره‌وری سوخت را افزایش می‌دهد، بلکه به‌طور هم‌زمان مشکل خنک‌سازی اجزای حساس هواپیما را نیز برطرف می‌کند.
نوآوری در قلب سیستم‌های پروازی آینده
در پژوهشی پیشرفته توسط تیمی از دانشکده مهندسی FAMU-FSU، یک سیستم جدید و یکپارچه برای ذخیره‌سازی، تحویل سوخت و خنک‌سازی طراحی شده است. این سیستم برای یک هواپیمای هیبریدی-الکتریکی مفهومی ۱۰۰ نفره توسعه یافته که انرژی خود را از ترکیب سلول‌های سوختی هیدروژنی و ژنراتورهای ابررسانای توربینی دریافت می‌کند.
برخلاف طراحی‌های سنتی که برای هر وظیفه یک سیستم جداگانه دارند، در این پروژه یک سامانه‌ی ترکیبی ساخته شده که به‌صورت هم‌زمان سه وظیفه اصلی را انجام می‌دهد. به گفته‌ی پروفسور وی گوئو، مسئول این پروژه:«ما سیستمی طراحی کرده‌ایم که سه عملکرد حیاتی را در یک سامانه واحد ترکیب می‌کند: ذخیره‌سازی هیدروژن، خنک‌سازی اجزای حیاتی و تحویل سوخت به موتورها.»
مشخصات فنی و دستاوردهای قابل توجه
هیدروژن مایع باید در دمای بسیار پایین منفی ۲۵۳ درجه سانتی‌گراد ذخیره شود، که چالشی جدی در طراحی سیستم‌های سوخت‌رسانی است. در این پروژه، تیم تحقیقاتی تنها به طراحی یک مخزن اکتفا نکرده، بلکه کل سیستم را به‌گونه‌ای بهینه‌سازی کرده که بیشترین بهره‌وری را داشته باشد.
یکی از نوآوری‌های جالب در این پروژه، معرفی شاخص گرانشی جدید است: این شاخص نسبت هیدروژن قابل استفاده به وزن کل سیستم را اندازه‌گیری می‌کند. نتیجه؟
۶۲ درصد از وزن سیستم را هیدروژن قابل مصرف تشکیل می‌دهد؛ عددی که در مقایسه با فناوری‌های موجود، پیشرفتی چشمگیر به شمار می‌رود.
خنک‌سازی هوشمند بدون نیاز به تجهیزات اضافه
سیستم‌های ابررسانا در هواپیماهای الکتریکی برای کارکرد درست، باید در دمای پایین نگه داشته شوند. معمولاً این کار نیازمند نصب سامانه‌های خنک‌کننده مجزا و سنگین است. اما در این طراحی نوین، از خود هیدروژن مایع به‌عنوان عامل خنک‌کننده استفاده می‌شود. هیدروژن در مسیر حرکتش به سمت سلول‌های سوختی، گرمای اجزای حیاتی مانند ژنراتورها، کابل‌ها و موتورهای الکتریکی را جذب کرده و هم‌زمان به دمای مطلوب برای احتراق می‌رسد.
به‌گفته‌ی گوئو: «در این پروژه نشان دادیم که برای دستیابی به عملکرد بالا، لازم است بهینه‌سازی‌ها در سطح کل سیستم انجام شود، نه فقط اجزا.»
حذف پمپ‌ها و کاهش ریسک
یکی از مشکلات اصلی در انتقال سوخت هیدروژن مایع، نیاز به پمپ‌های مکانیکی است که هم وزن سیستم را افزایش می‌دهند و هم گرما تولید می‌کنند. تیم تحقیقاتی با طراحی سیستمی بدون پمپ که تنها با فشار داخلی مخزن کار می‌کند، این معضل را برطرف کرده است.
در این سیستم، سنسورها به صورت لحظه‌ای به تقاضای انرژی واکنش نشان می‌دهند و با تنظیم فشار، جریان سوخت را هدایت می‌کنند. شبیه‌سازی‌ها نشان داده‌اند که این سیستم می‌تواند تا ۰.۲۵ کیلوگرم هیدروژن در ثانیه تأمین کند؛ مقدار کافی برای تولید ۱۶.۲ مگاوات توان در شرایط پرواز یا مواقع اضطراری.
گام بعدی: ساخت نمونه اولیه و تست میدانی
به گزارش IE، مرحله بعدی پروژه، ساخت نمونه اولیه در مرکز سیستم‌های قدرت پیشرفته دانشگاه ایالتی فلوریدا است. این پروژه، بخشی از برنامه‌ی «هوانوردی یکپارچه بدون آلایندگی» ناسا محسوب می‌شود و با همکاری دانشگاه‌هایی چون جورجیا تک، دانشگاه بوفالو، دانشگاه تنسی و مؤسسه فناوری ایلینوی در حال توسعه است.
توسعه این سیستم جدید، نقطه عطفی در مسیر آینده‌ی سبز هوانوردی است. با حل هم‌زمان چالش‌های مربوط به ذخیره‌سازی، تحویل و خنک‌سازی هیدروژن مایع، محققان گام مهمی به‌سوی تحقق پروازهای بدون آلایندگی برداشته‌اند. هرچند این فناوری هنوز در مرحله آزمایشی است، اما نویدبخش تحولاتی عظیم در صنعت هوایی جهان خواهد بود.
در دورانی که زمین بیش از هر زمان دیگری نیاز به نوآوری‌های پایدار دارد، چنین دستاوردهایی می‌توانند آینده‌ی حمل‌ونقل هوایی را متحول کنند؛ آینده‌ای که در آن پرواز، بدون به خطر انداختن سیاره ما ممکن خواهد بود.
