Quels sont les principaux défis de l'hydrogène

Les défis liés au stockage de l'hydrogène, à la chaîne d'approvisionnement et aux infrastructures doivent être surmontés avant que les avions à hydrogène ne deviennent une réalité.

L'hydrogène a une densité d'énergie trois fois supérieure à celle du carburéacteur. Les moteurs à hydrogène ne produisent pas de dioxyde de carbone ni d'oxyde d'azote. L'hydrogène liquide peut être utilisé pour le processus de combustion dans les moteurs à turbine.

Alternativement, l'énergie électrique créée par les piles à hydrogène alimente les moteurs. Bien que l'hydrogène soit une alternative prometteuse au carburéacteur, les défis les plus importants demeurent.

L'un des défis les plus importants de l'hydrogène liquide est sa densité volumétrique. Étant donné que l'hydrogène est nettement plus léger que le carburéacteur, sa densité volumétrique est quatre fois pire. En d'autres termes, l'hydrogène liquide nécessite quatre fois plus de volume sur l'avion que le carburéacteur. Par conséquent, le stockage embarqué d'hydrogène liquide est un défi pour les avionneurs.

Les bouteilles cryogéniques sont nécessaires pour stocker l'hydrogène liquide tout en gardant le volume au minimum. Les cylindres cryogéniques peuvent stocker l'hydrogène à environ -420 degrés F (-250 degrés C). Les températures de surgélation signifient des matériaux spécialisés, des parois plus épaisses et une isolation suffisante entre les piles de bouteilles.

Le poids d'hydrogène requis peut n'être qu'environ un tiers du carburéacteur, mais le besoin d'un volume beaucoup plus élevé augmente le poids structurel de l'avion. Alors que le carburéacteur peut être facilement stocké dans les réservoirs des ailes, les bouteilles d'hydrogène auraient un diamètre trop grand pour tenir dans les ailes.

L'un des modèles de cryoplane les plus anciens proposés par Airbus consistait en des réservoirs d'hydrogène dans le fuselage, au-dessus de la cabine passagers. Une conception alternative montrait également de grands réservoirs cylindriques installés sur les ailes extérieures.

L'hydrogène fond du solide au liquide à -434 degrés F (-259 degrés C) et bout à un état gazeux à -423 degrés F (-253 degrés C). L'état idéal pour stocker et consommer l'hydrogène est l'état liquide. La liquéfaction de l'hydrogène consomme près d'un quart de son énergie, ce qui réduit l'efficacité globale du système à base d'hydrogène.

Non seulement le contrôle de la température est essentiel, mais il est également nécessaire d'empêcher les fuites de préambule pendant le stockage, le transport et le ravitaillement en carburant. Si la température dépasse -423 degrés F (-253 degrés C), une couche d'hydrogène gazeux peut se former dans le réservoir. Pendant le ravitaillement, de l'hydrogène gazeux peut être perdu en raison de la vaporisation.

Si la non-toxicité de l'hydrogène lui permet d'être évacué dans l'atmosphère, il s'agit sans aucun doute d'une perte d'énergie potentielle s'il n'est pas correctement géré.

L'hydrogène brûle beaucoup plus rapidement que le gaz naturel et nécessite un processus de combustion contrôlé. Airbus propose l'hydrogène comme "carburant" pour la combustion comme l'une des utilisations de la technologie hydrogène dans son projet ZEROe. Dans un tel cas, un contrôle actif de la combustion doit être appliqué pour tenir compte d'une inflammabilité plus large et d'une vitesse de combustion élevée de l'hydrogène.

Il convient de noter que l'utilisation d'hydrogène comme mélange de gaz naturel, disons environ 15 à 20 %, est faisable avec la technologie existante. General Electric prend en charge de nombreuses turbines à gaz soutenant la production d'électricité avec diverses concentrations d'hydrogène.

Un autre défi consiste à construire l'infrastructure qui prend en charge les avions à hydrogène. Alors qu'Airbus s'attend à avoir le niveau de maturité technologique pour un système de propulsion à combustion d'hydrogène d'ici 2025, la création de l'infrastructure peut être complexe.

Transporter l'hydrogène liquide volatil dans le monde entier de manière sûre et économique sera un défi logistique. De plus, les paramètres de sécurité associés à la manutention, au stockage et au ravitaillement régulier des aéronefs nécessiteraient des réglementations strictes. Les aéroports du monde entier doivent réinventer leur infrastructure pour l'approvisionnement et le stockage de l'hydrogène.

Alors que les fabricants mènent des recherches approfondies sur l'utilisation de la technologie de l'hydrogène pour propulser les avions, les défis liés au stockage de l'hydrogène, à la chaîne d'approvisionnement et aux infrastructures doivent être surmontés.

Pensez-vous que les avionneurs trouveront des solutions efficaces aux défis de la technologie hydrogène ? Dites-nous dans la section des commentaires.

Écrivain - Omar est un passionné d'aviation qui détient un doctorat. en génie aérospatial. Avec de nombreuses années d'expérience technique et de recherche à son actif, Omar vise à se concentrer sur les pratiques aéronautiques basées sur la recherche. En dehors du travail, Omar a une passion pour les voyages, la visite de sites aéronautiques et le repérage d'avions. Basé à Vancouver, Canada