Stuttgart, Tyskland: Hvordan få flyene til å gå på fornybar energi? Det spørsmålet er det mange som stiller seg, ikke minst flyindustrien selv, som er under et kraftig klimapress.
I Stuttgart tror de hydrogen er fremtiden for mange fly. I det minste de som ikke skal over de store havstrekningene.
Der har forskere ved DLR bygget flyet Hy4 som går på hydrogen assistert av to batterier på hver 20 kWh.
Luftens katamaran
DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt), det tyske luft- og romfartssenteret, har 7700 ansatte på mer enn 30 ulike institutter og teststasjoner. Hydrogen er bare en liten del av det de driver med.
Ved første øyekast ser flyet nesten ut som en luftens katamaran. Det har et stort vingespenn på over 21 meter, med den ene motoren montert i en kapsel i senter, og to passasjerkapsler, hver med plass til to, inklusive flygeren, på sidene. På tross av størrelsen veier flyet bare 1500 kilo.
– Batteriet bruker vi til å assistere brenselcellen under takeoff og ved snumanøvre. De fire brenselcellene er hovedenergikilden og ligger etter hverandre i midtkapselen. Hver av dem kan produsere 11 kilowatt som er nok til å drive flyet i marsjhøyde mellom 140 og 232 kilometer i timen. De to hydrogentankene ligger bakerst i hver passasjerkapsel og rommer til sammen 9 kilo hydrogen komprimert til litt over 400 bar. Batteriene rommer hver 20 kilowattimer og er plassert foran hydrogentankene, sier ingeniør og forsker ved DLR i Stuttgart, Thomas Stephan.
Det at flyet har både batterier og brenselceller er også en sikkerhetsfaktor.
Hydrogenflyet har en rekkevidde med komprimert hydrogen og fulle batterier på opptil 750 kilometer. Hvis de går over til flytende hydrogen kan de doble rekkevidden, men det krever en mer komplisert infrastruktur.
Siden hydrogenflyet fløy for første gang i september i fjor har det vært i luften i 12 timer til sammen.
- Toyota har jobbet med brenselcelle-biler i 25 år: Vi har kjørt gjennom Tyskland på hydrogenkraft
12 seter neste
DLR har ikke tenkt å gi seg med den første prototypen. Neste fly på listen er en 12-seter og de håper at det kan fly i løpet av fem år. Institusjonen mener det vil gå greit å finansiere byggingen av et slikt fly.
De studerer også hvordan de kan realisere et 40-seters passasjerfly og de håper å få finansiert prosjektet. Dette vil være et fly beregnet på å trafikkere ruter på fra 400 til 1000 kilometer. Det vil ha en hastighet på litt over 400 kilometer i timen og være utstyrt med en motorstyrke på mer enn 2 megawatt.
Motorene forsynes av hovedsakelig brenselceller, men er assistert av batterier. Det trengs når flyet skal ta av, men i cruisehøyde vil kraftbehovet synke til rundt 1,3 megawatt.
– Dette er en åpenbar mulighet til å gjøre kortdistanseflygninger utslippsfrie. Vi tror at prisen på fornybar kraft til å produsere hydrogen vil falle i årene fremover. I tillegg er dette et hybridsystem, som fungerer litt slik som biler. Når et hydrogenfly skal redusere hastigheten og lande kan det bruke propellene og elmotorene som bremser og lade batteriene, sier sjefen for Team Hy4 ved DLR, professor ved University of Ulm, Josef Kallo.
- El- og hybridpassasjerfly kan være på vingene i 2020: Skal ha 80 prosent lavere utslipp
Bærekraftig flytrafikk
Han tror fly drevet av hydrogen produsert av fornybar energi kan bli et viktig skritt mot å gjøre flytrafikken bærekraftig. Tyskernes interesse for hydrogen er delvis motivert av store overskudd av strøm fra sol- og vindkraftverk i perioder med lavt forbruk i nettet. De ser at de i slike tilfeller kan produsere hydrogen både til fly og veitransport.
Beregninger DLR har gjort viser at like stor hydrogenfly kan komme opp i en rekkevidde på 2500 kilometer. Selv om de ikke går så fort, vil de kunne dekke behovet for å trafikkere korte og mellomlange distanser, og de er det mange av.
Slike fly trenger heller ikke lange rullebaner. De klarer seg med 600 til 700 meter for å ta av. Fordi de er så støy- og utslippsfrie kan slike rullebaner legges mye nærmere bysentra.
– Batterier vil være viktige i større fly også, men de vil inneholde mindre enn fem prosent av den energien flyet trenger. De må være der for å kunne gi mer kraft enn brenselcellene kan yte under takeoff og enkelte manøvre, sier han.
Studiene av de større flyene har tatt utgangspunkt i de samme 11 kilowatt brenselcellene som brukes i Hy4. Det er bare flere av dem. Det å bruke slike moduler både forenkler og gjør systemet mer redundant slik at sikkerheten øker.
Modulene er levert av kanadiske Hydrogenics. De har lang erfaring med å bygge brenselceller og var også de eneste som var villig til å levere programvare og kildekode til styringssystemene som forskerne kunne jobbe videre med.
- Fremtidens luftfart: Derfor kan elektriske fly være helt perfekt for Norge
Oksygen nok
Man skulle tror at brenselcellen ville fungere dårligere etter hvert som partialtrykket på oksygenet i luften faller med økende høyde, men det er ifølge Kallo ikke noe problem. De har gjort labtester som viser at brenselcellene vil fungere helt opp til 11.000 meters høyde.
En slik høyde har heller ikke stor effekt på virkningsgraden. Likevel tror han ikke slike fly vil bevege seg særlig over 5000 meter høyde.
Selv om de store flyprodusentene lo av ideen med hydrogenfly har de snudd til interesserte, forteller Kallo. På dette stadium i utviklingen er det ingen som konkurrerer. Hele feltet er preget av samarbeid.
– Det er åpent ennå hvem som ønsker å bygge slike fly i fremtiden, men det kan bli de store tradisjonelle produsentene. Vi tror at det vil være mulig å bygge enda større fly i fremtiden med enda lenger rekkevidde. Det vil neppe være giganter med 500 passasjerer, men kanskje de med 200.
De fleste forbinder nok fly med støy. Det er ikke tilfelle med dette flyet. Elmotoren gjør underverker og støynivået er nesten 50 desibel lavere enn et turbopropfly. Det er vanskelig å høre flyet på mer enn 100 meters avstand.
Det er heller ikke så komplisert å bygge infrastruktur for hydrogen. Fylling skjer på faste flyplasser. Det er mye enklere enn når biler, som kjører over alt, skal få fylle-infrastruktur.
