In forma gassosa, la quantità di - la massa di - idrogeno che potresti immagazzinare nel volume dei serbatoi di carburante degli aerei sarebbe trascurabile. Per immagazzinare una massa sufficiente di idrogeno, dovresti immagazzinarlo liquefatto, che è il modo in cui viene immagazzinato nei razzi.

Affinché sia ​​utile, però, dovresti avere motori completamente riprogettato per bruciare combustibili criogenici, il che sarebbe un'impresa enorme. Non sono a conoscenza di alcun serio interesse nell'uso di combustibili criogenici negli aerei oggi. Il cherosene funziona bene e, rispetto all'idrogeno liquido, è economico e relativamente sicuro da trasportare e immagazzinare.

I razzi usano combustibili criogenici perché hanno assolutamente bisogno di tutto il "rapporto qualità-prezzo" che possono ottenere, quindi il costo elevato e le misure di sicurezza aggiuntive sono accettati in quel campo come un costo necessario per fare affari. Questo thread discute i razzi che utilizzano combustibili criogenici o una miscela di combustibili criogenici e cherosene. In conclusione, usano spesso combustibili criogenici, specialmente negli stadi superiori, per ottenere più carico utile in orbita.

A meno che qualcosa non cambi nell'economia del cherosene rispetto ai combustibili criogenici, tuttavia, sembra improbabile quell'aereo passerà all'idrogeno liquido su larga scala.

Primo, sfatare un mito riguardante l'Hindenberg, che viene sempre sollevato ogni volta che viene menzionato l'idrogeno. L'idrogeno è meno sicuro del carburante liquido, ma non è meno sicuro del gas naturale o del propano. L'idrogeno ha una velocità di propagazione della fiamma più elevata rispetto agli idrocarburi gassosi, ma contiene molta meno energia per unità di volume rispetto agli idrocarburi gassosi. Un enorme dirigibile pieno di gas naturale sarebbe pericoloso quanto un enorme dirigibile pieno di idrogeno, tuttavia abbiamo tubature del gas naturale che corrono verso le nostre case e con i controlli adeguati ci sono pochissimi incidenti.

Tuttavia, l'idrogeno non è un buon carburante per gli aerei per i seguenti motivi.

(Fonte: Wikipedia)

Sopra mostra che l'idrogeno contiene circa 142 MJ / kg di energia rispetto a circa 42 MJ / kg per il cherosene. Tuttavia contiene molta meno energia per unità di volume. L'idrogeno liquido contiene solo 10 MJ / litro mentre il cherosene contiene 33MJ / litro. Pertanto i serbatoi di carburante a idrogeno dovrebbero essere più di 3 volte le dimensioni dei serbatoi di carburante di cherosene. L'idrogeno gassoso alla pressione atmosferica occuperebbe centinaia di volte più spazio, mentre l'idrogeno a 700 bar è solo circa un fattore 2 peggiore dell'idrogeno liquido, ma il peso di un recipiente per mantenere la pressione di 700 bar annullerebbe il vantaggio in termini di peso dell'idrogeno.

Pertanto il modo più pratico per immagazzinare l'idrogeno in un aereo sarebbe allo stato liquido, come viene utilizzato in veicoli spaziali come lo Space Shuttle. L'uso dell'idrogeno comporterebbe un risparmio di peso e quindi un risparmio di carburante. Tuttavia i serbatoi del carburante sarebbero così grandi che il risparmio sarebbe parzialmente annullato dalla resistenza aggiuntiva (per non parlare del peso aggiuntivo dei serbatoi più grandi).

L'idrogeno è costoso da produrre e liquefarsi. La maggior parte dell'idrogeno viene prodotta riformando il gas naturale e il vapore in idrogeno mediante la reazione CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2, che è un processo ad alta intensità energetica. Pertanto, sebbene un aereo alimentato a idrogeno possa consumare meno energia di un aereo alimentato a cherosene, questo non tiene conto dell'energia utilizzata nel processo di produzione e liquefazione dell'idrogeno, né dei costi coinvolti nel farlo. Nel complesso, è probabile che il carburante a idrogeno sia più costoso.

L'idrogeno è anche più difficile da gestire. i serbatoi di idrogeno non sono mai perfettamente isolati, quindi l'idrogeno bolle e i serbatoi si ghiacciano. È anche più pericoloso del combustibile liquido se si verifica una fuoriuscita, poiché evaporerà e creerà una miscela esplosiva nell'aria (sebbene, come ho detto sopra, questo problema si applica anche al gas naturale). L'idrogeno liquido è molto più freddo di quello liquefatto. gas naturale, e così crea più problemi con i materiali, l'ebollizione e la formazione di ghiaccio.

Le turbine a gas industriali possono funzionare a idrogeno senza troppe modifiche. Ma con le estese procedure di certificazione per l'aviazione, la modifica di un motore aeronautico per l'idrogeno sarà piuttosto costosa. Inoltre, la maggiore velocità di fiamma dell'idrogeno significa che gli NOx sono più difficili da controllare e questo potrebbe causare problemi con le normative sulle emissioni.

In conclusione, l'unico modo in cui l'idrogeno sarà mai praticabile nell'industria aeronautica in generale è se risulta essere più facile da usare in un'imbarcazione azionata da celle a combustibile rispetto a un combustibile a idrocarburi.

Se economicamente fattibile, un motore a celle a combustibile / elettrico sarebbe più efficiente di un motore a reazione a combustione. Detto questo, le questioni pratiche e di sicurezza significano che l'industria aeronautica sarà uno degli ultimi ad adottare tale tecnologia.

Considera la natura dell ' idrogeno liquido. In uno stato liquido, non bollente, deve essere a una temperatura di 22 Kelvin, che è -253C / -423F. Estremamente freddo. Ciò richiede contenitori fortemente isolati e un rilascio accidentale potrebbe essere estremamente pericoloso. Qualche gallone di idrogeno liquido versato su di te ti trasformerebbe in un cubetto di ghiaccio quasi istantaneamente.

È vero che quando l'idrogeno viene bruciato con l'ossigeno, il risultato è l'acqua (più un po 'di ozono). Tuttavia, quando l'idrogeno viene bruciato con l'aria atmosferica, che è più azoto che ossigeno, vengono prodotti anche alcuni fastidiosi ossidi di azoto, quindi è un combustibile `` pulito '' solo quando viene fornito con ossigeno puro o utilizzato in una cella a combustibile .

Oggi, il liquido H viene utilizzato come carburante in alcune situazioni specializzate che beneficiano della sua alta densità di energia: in gran parte razzi, sebbene sia stato utilizzato anche (combinato con celle a combustibile) in alcuni sottomarini AIP. Queste sono aree in cui la complessità e la spesa aggiuntive sono compensate dal vantaggio.

Nell'uso commerciale, sarebbe gestito ogni giorno ad alto volume, quindi la complessità di trattare questa sostanza estremamente fredda sarebbe amplificata, così come i pericoli di rilascio accidentale. E c'è ancora il problema degli inquinanti rimasti dalla combustione dell'idrogeno nell'atmosfera.

Nel suo libro Skunk Works, Ben Rich descrive uno sforzo per riorganizzare l'aereo A-12 Oxcart (che in seguito diventerà SR-71) per funzionare con idrogeno liquido, per estenderne la portata. Ha riferito che nel momento in cui hanno aggiunto i pesanti serbatoi isolati, la portata dell'A-12 sarebbe stata estesa solo di un paio di percento, più le complessità del rifornimento a mezz'aria, quindi Kelly Johnson ha ucciso il progetto e ha inviato i soldi del progetto indietro al governo. Era con la tecnologia degli anni '60, metodi migliori possono essere disponibili oggi, ma questo illustra come l'idrogeno come carburante per aerei non sia proprio la soluzione meravigliosa che potrebbe sembrare.

Inoltre, considera che l'idrogeno libero non esiste sulla terra in grandi volumi. Deve essere prodotto elettrolizzando l'acqua, che richiede molta elettricità e che si aggiunge al costo. L'idrogeno può anche essere prodotto catalizzando il gas naturale, sebbene sia fatto in volume, ci sarebbero molte sostanze chimiche rimanenti da smaltire.

Se dovesse essere sviluppato un pratico reattore a fusione, è possibile che l'idrogeno come combustibile per uso generale nei trasporti diventi fattibile. Negli aerei, potrebbe essere utilizzato nelle celle a combustibile per alimentare motori elettrici, per aggirare il problema dell'inquinamento.

Un serbatoio di idrogeno, per sua natura, deve essere cilindrico. Per risparmiare peso deve essere corto e robusto, non lungo e stretto.

Su un aereo, deve anche essere al centro di gravità , in modo da non sbilanciare l'aereo quando si esaurisce il carburante. Ciò richiede anche un serbatoio corto, non un serbatoio di fusoliera di lunga durata (tutto l'idrogeno rotolerebbe avanti o indietro durante le manovre, facendo schiantare l'aereo).

L'idrogeno è un carburante a bassissima densità, quindi i serbatoi del carburante sono enormi. La parte del leone dello spazio del serbatoio utilizzato sul serbatoio principale dello Shuttle era per l'idrogeno.

Ciò significa che c'è un solo posto possibile per un serbatoio di idrogeno su un aereo: il centro della fusoliera (tipicamente sopra le ali). Praticamente l'intera larghezza della fusoliera . Cosa resta per sedersi ai passeggeri? La fusoliera anteriore e posteriore. Ciò significa anche equipaggi separati: passare attraverso l'area del serbatoio sarebbe impraticabile, a meno che l'aereo non avesse un "blister" in alto come un 747.

Questo sconfigge anche tutte le efficienze progettuali del trasporto del carburante nelle ali . Ciò significa che le ali devono essere più forti per portare l'ascensore dove si trova il peso del carburante. Questo è importante.