Ý tưởng máy bay không khí thải đang thành hiện thực

Động cơ dùng nhiên liệu hydro đang không ngừng hoàn thiện

Hàng không đem lại rất nhiều tiện ích cả về mặt kinh tế lẫn xã hội, nhưng đồng thời cũng là một ngành gây ô nhiễm khủng khiếp do tiêu thụ một lượng xăng dầu hóa thạch khổng lồ. Nhiều công ty hiện đang bắt đầu xem hydro (pin nhiên liệu) là câu trả lời. Loại nhiên liệu sạch này khi hoạt động chỉ thải ra... nước nguyên chất. Nó cũng giúp giảm đi nhiều gánh nặng hậu cần, ví dụ không cần vận chuyển hydro mà có thể chế tạo nguyên liệu này ngay tại các sân bay, miễn là có điện.

Lượng khí thải khổng lồ xả ra trong quá trình hoạt động của máy bay

Một trong những lo ngại nhất đối với động cơ sử dụng hydro đó là vấn đề cháy nổ. Khí hydro nhẹ, dễ phát tán và rất dễ bắt cháy. Tuy nhiên, công nghệ ngày nay đã phát triển những bước dài và các biện pháp an toàn tất luôn được tính đến đầu tiên. 

Hydro và oxy luôn được cất giữ ở các ngăn riêng biệt, hoàn toàn không có khả năng tiếp xúc trực tiếp, kể cả khi va đập mạnh. Trong các động cơ pin nhiên liệu, chỉ có một lượng rất nhỏ khí hydro tham gia vào phản ứng để sản xuất điện. Thêm nữa, hydro cũng không phải quá dễ cháy, nó đòi hỏi nhiệt độ đốt còn cao hơn cả nhiên liệu xăng dầu thông thường. Một điểm nữa cũng nên nhắc tới là hydro phát tán rất nhanh vào không khí. Nó chỉ trở nên nguy hiểm khi bị dồn nén trong bình chứa, còn thông thường sẽ lập tức phát tán và không gây nguy hiểm cháy nổ.

Xét về hiệu suất sinh công, hydro được coi là chứa năng lượng nhiều gấp đôi so với nhiêu liệu xăng dầu hóa thạch. Hơn nữa, động cơ pin nhiên liệu có hiệu suất tới 60% trong khi động cơ đốt trong dạng pít tông hoặc tuốc bin khí, chỉ số này chỉ là 25 – 30% và còn thấp hơn nữa nếu là động cơ phản lực. So ra, động cơ hydro sẽ có lợi thế gấp 6 lần so với dùng xăng máy bay (thực tế là dầu), tuy nhiên vấn đề nan giải nằm chính ở khâu lưu trữ.

Nếu dùng bình khí nén thì hiệu quả về trọng lượng của hydro chỉ bằng 1/10 so với xăng, tức là sẽ triệt tiêu hoàn toàn lợi thế về hiệu suất như đã nói ở trên. Giải pháp chính là hydro hóa lỏng, nó sẽ giúp lưu trữ gấp ba lần so với bình khí nén. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp này thì 1 lít hydro hóa lỏng cũng mới nặng có 80g và như vậy, để mang một nguồn năng lượng tương đương với xăng thì hydro hóa lỏng cần thể tích bình chứa lớn hơn gấp đôi.

Các nhà phát triển động cơ hydro hy vọng rằng, các hãng sản xuất máy bay sẽ có cách tiếp cận mới, tối ưu hóa thiết kế máy bay của họ cho loại động cơ tiên tiến này, giống như điều đã xảy ra với động cơ phản lực vào giữa thế kỷ trước. Hiện tại, động cơ hydro đang được sử dụng để thay thế cho động cơ đốt trong trên các máy bay cánh quạt. Trong tương lai, nếu như tìm được cách lưu trữ hydro và nén năng lượng thích hợp, rất có thể nó sẽ thế chỗ xăng trong động cơ tuốc bin phản lực và hoàn toàn có khả năng lắp trên các máy bay cỡ lớn, thậm chí siêu lớn

Biến ý tưởng thành hiện thực

Dựa trên những nghiên cứu mới của mình về các thiết kế phù hợp cho động cơ dùng nhiên liệu hydro, Airbus vừa cho ra mắt 3 ý tưởng máy bay thương mại không khí thải đầu tiên trên thế giới có thể được đưa vào khai thác vào năm 2035.

Mỗi ý tưởng đại diện cho một cách tiếp cận khác nhau để đạt được chuyến bay không khí thải, khám phá các hướng phát triển công nghệ và cấu hình khí động học khác nhau để hỗ trợ tham vọng của Airbus trong việc dẫn đầu xu hướng loại bỏ carbon trong toàn bộ ngành hàng không.

Tất cả những ý tưởng này đều dựa vào hydro là nguồn năng lượng chính - một lựa chọn mà Airbus đặc biệt tin rằng sẽ đem lại một loại nhiên liệu hàng không sạch và hứa hẹn sẽ là giải pháp cho ngành hàng không vũ trụ và nhiều ngành công nghiệp khác nhằm đáp ứng các mục tiêu trung hòa khí hậu.

Quy trình tối ưu của máy bay không khí thải

Ông Guillaume Faury, Giám đốc điều hành của Airbus cho biết: "Đây là thời điểm lịch sử đối với ngành hàng không thương mại nói chung và chúng tôi dự định sẽ đóng vai trò dẫn đầu trong quá trình chuyển đổi quan trọng nhất mà ngành hành không từng chứng kiến. Các ý tưởng mà chúng tôi công bố ngày hôm nay cho thế giới thấy tham vọng của Airbus trong việc định hướng một tầm nhìn táo bạo cho tương lai của chuyến bay không khí thải. Tôi thực sự tin rằng việc sử dụng hydro - cả trong nhiên liệu tổng hợp và là nguồn năng lượng chính cho máy bay thương mại - có tiềm năng giúp giảm đáng kể tác động của ngành hàng không đến khí hậu."

Ba ý tưởng - tất cả đều có mã hiệu là "ZEROe" - dành cho máy bay thương mại không khí thải đạt ngưỡng trung hòa khí hậu đầu tiên bao gồm:

Máy bay dùng động cơ tuabin cánh quạt đẩy

Thiết kế tuabin cánh quạt đẩy (cho máy bay chở từ 120 - 200 hành khách) với phạm vi hoạt động hơn 2.000 hải lý (3.704 km), có khả năng bay xuyên lục địa và được cung cấp năng lượng bởi động cơ tuabin khí cải tiến chạy bằng hydro thông qua quá trình đốt cháy thay vì nhiên liệu máy bay. 

Hydro lỏng sẽ được lưu trữ và phân phối thông qua các bồn chứa nằm phía sau vách ngăn áp suất ở sau máy bay.

Máy bay dùng động cơ tuabin cánh quạt

Thiết kế tuabin cánh quạt (lên tới 100 hành khách) sử dụng động cơ tuabin cánh quạt thay vì động cơ tuabin cánh quạt đẩy và cũng được cung cấp năng lượng bằng việc đốt cháy hydro trong động cơ tuabin khí cải tiến, khả năng bay hơn 1.000 hải lý (1.852 km) giúp máy bay trở thành một lựa chọn hoàn hảo cho các chuyến bay ngắn.

Thiết kế "thân cánh pha trộn" (lên tới 200 hành khách) trong đó các cánh hợp nhất với thân chính của máy bay và có phạm vi hoạt động tương tự như ý tưởng tuabin cánh quạt đẩy. Thân máy bay đặc biệt rộng cung cấp nhiều tùy chọn để lưu trữ và phân phối hydro cũng như cách bố trí cabin.

Máy bay thiết kế "thân cánh pha trộn"

Ông Guillaume Faury cho biết thêm: "Những ý tưởng này sẽ giúp hãng khám phá và hoàn thiện thiết kế của máy bay thương mại không khí thải đạt ngưỡng trung hòa khí hậu đầu tiên trên thế giới mà chúng tôi mong muốn đưa vào hoạt động vào năm 2035. Quá trình chuyển đổi sang hydro như nguồn năng lượng chính cho các ý tưởng máy bay này sẽ đòi hỏi hành động quyết liệt từ toàn bộ hệ sinh thái ngành hàng không. Airbus sẽ vượt qua thách thức này cùng với sự hỗ trợ của chính phủ và các đối tác công nghiệp nhằm mở rộng quy mô năng lượng tái tạo và nhiên liệu hydro vì một tương lai bền vững của ngành hàng không".

Để vượt qua những thách thức này, các sân bay sẽ cần cơ sở hạ tầng vận chuyển và tiếp nhiên liệu hydro quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu hoạt động hàng ngày. Sự hỗ trợ từ các chính phủ sẽ là chìa khóa để đáp ứng những mục tiêu đầy tham vọng này thông qua việc tăng cường tài trợ cho lĩnh vực nghiên cứu, công nghệ, số hóa và các cơ chế khuyến khích việc sử dụng nhiên liệu bền vững và đổi mới đội bay giúp các hãng hàng không loại bỏ các máy bay cũ và kém thân thiện với môi trường hơn.

Được biết, Airbus hiện đang là công ty hàng đầu thế giới hoạt động trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, không gian và các dịch vụ liên quan. Năm 2019, Airbus đạt doanh thu 70 tỷ euro và tuyển dụng khoảng 135.000 nhân viên. Hãng cung cấp các dòng máy bay chở khách toàn diện, đồng thời là nhà cung cấp các loại máy bay tiếp dầu, máy bay chiến đấu, máy bay vận tải và quân sự hàng đầu châu Âu.