Tham vọng phát triển máy bay không gây ô nhiễm của Airbus

Máy bay không gây ô nhiễm bầu khí quyển

Có rất nhiều rào cản trong nỗ lực phát triển máy bay vận hành bằng nhiên liệu hydrogen với mức khí thải carbon bằng zero. Trước hết, rất khó để lưu trữ và sử dụng hydrogen, một loại nhiên liệu rất dễ cháy. Bên cạnh đó, không có nhiều sân bay trên thế giới được trang bị năng lực tiếp nhiên liệu hydrogen cho máy bay. Đó là chưa kể chi phí sản xuất hydrogen theo quy trình sạch hiện nay còn rất đắt đỏ.

Dù vậy, hồi tháng 9, Airbus công bố ba mô hình mẫu của máy bay vận hành bằng hydrogen với mục tiêu sẽ phát triển thành công về kỹ thuật đối với loại máy bay này trong 5 năm tới. Airbus, hãng sản xuất máy bay lớn nhất thế giới, đang nhận được sự hậu thuẫn từ các cổ đông lớn là chính phủ Pháp, Đức và Tây Ban Nha, những nước đã cam kết đưa khí phát thải carbon về mức zero ròng vào năm 2050.

Nhưng cho dù có sự hỗ trợ đó, nỗ lực đổi mới ngành công nghiệp hàng không trị giá hàng ngàn tỉ đô la để loại bỏ phát thải carbon đang gây ô nhiễm bầu khí quyển là một nhiệm vụ cực kỳ khó khăn.

Trước khi tiếp cận phương án phát triển máy bay vận hành bằng hydrogen, trong nhiều năm, các kỹ sư của Airbus đã hợp tác với hãng sản xuất động cơ máy bay Rolls-Royce để nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng hệ thống pin để trữ điện trên máy bay. Nhưng cuối cùng, dự án này  bị gác vào đầu năm nay.

Với mật độ năng lượng tương đối thấp, các hệ thống pin lithium-ion chỉ có thể phù hợp để lắp đặt trên xe hơi và xe buýt. Để có thể trữ đủ lượng điện vận hành các chuyến bay đường dài, các hệ thống pin này sẽ có kích cỡ rất lớn và sẽ làm nặng máy bay.

Glenn Llewellyn, Phó Chủ tịch phụ trách công nghệ không phát thải của Airbus, nói: “Hydrogen là loại năng lượng hứa hẹn nhất cho phép chúng tôi vận hành máy bay dựa vào năng lượng tái tạo. Công nghệ pin lithium-ion chưa phát triển với với tốc độ đủ nhanh để giúp chúng tôi đạt được tham vọng của mình”.

Dự án phát triển máy bay hydrogen sẽ giúp khép lại sớm hơn thời kỳ phát thải carbon có thể kéo dài ngay cả sau khi mạng lưới điện ở các đô thị trên toàn cầu vận hành dựa vào 100% năng lượng sạch và xe điện phổ cập trên thị trường.

Theo Công ty tài chính năng lượng mới Bloomberg (BloombergNEF), ngành công nghiệp hàng không phát thải hơn 1 tỉ tấn khí carbon vào khí quyển trong năm 2019. Khi đốt cháy, các loại nhiên liệu hóa thạch phát thải khí carbon, gây hiện tượng nóng lên toàn cầu nhưng hydrogen chủ yếu thải ra hơi nước. Hiện nay, phần lớn hydrogen, sử dụng trong ngành hóa dầu, được sản xuất từ khí đốt hoặc than.

Nhưng hydrogen cũng có thể sản xuất bằng cách cho dòng điện chạy qua nước để tách nó thành hydro và oxy (hay còn gọi là điện phân nước) với chi phí cao hơn. Nếu sử dụng nguồn điện giá rẻ từ năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời cho quy trình điện phân nước, chi phí sản xuất hydrogen sẽ rẻ hơn đồng thời sẽ không phát thải carbon.

Đây là những gì mà Airbus đang nhắm tới. Hãng sản xuất máy bay này ước tính nhiên liệu hydrogen có thể giúp giảm 50% khí thải carbon trong ngành công nghiệp hàng không toàn cầu vào năm 2050 so với năm 2005.

Airbus nghiên cứu ba mô hình máy bay hydrogen

Đội ngũ kỹ sư của Glenn Llewellyn đang nghiên cứu ba mô hình máy bay hydrogen, gồm một mô hình cổ điển, một mô hình vận hành bằng động cơ tuốc-bin phản lực cánh quạt và một một mô hình mới hợp nhất cánh vào thân máy bay.

Tất cả chúng đều sử dụng nhiên liệu hydrogen trong các tuốc- bin khí được cải tiến để vận hành động cơ và trong các hệ thống pin nhiên liệu để chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu này thành năng lượng điện.

Vấn đề chính là làm thế nào để lưu trữ hydrogen? Vì phải cần lượng hydrogen lớn so với lượng nhiên liệu máy bay truyền thống để vận hành máy bay, loại nhiên liệu sạch này không thể lưu trữ ở cánh máy bay như hiện nay. Điều này có nghĩ là nhiên liệu hydrogen có thể được đưa vào thân máy bay.

Có thể các nhà thiết kế cần phải kéo dài phần đuôi máy bay để có thêm không gian trữ các thùng nhiên liệu hydrogen. Glenn Llewellyn cho biết Airbus cũng đang cân nhắc các giải pháp khác, bồm gồm lắp  các ống nhiên liệu hydrogen bên dưới cánh máy bay hoặc hai bên mép bụng máy bay.

Nếu kế hoạch suôn sẻ Airbus cho biết chiếc máy bay hydrogen đầu tiên có thể cất cánh chở khách vào năm 2035. Llewellyn nói: ‘Đây là dự án cực kỳ được ưu tiên bên trong Airbus. Tôi rất lạc quan rằng chúng tôi có thể về đích với kế hoạch này”.

Đến năm 2035, Airbus kỳ vọng nhiên liệu hydrogen đủ rẻ để cạnh tranh với các nhiên liệu hóa thạch và có nhiều sân bay có thể hỗ trợ tiếp nhiên liệu hydrogen.

Trong bối cảnh ngành hàng không đang suy sụp vì tác động của đại dịch Covid-19, tham vọng phát triển máy bay vận hành bằng nhiên liệu sạch của Airbus bị đặt dấu hỏi lớn.

Song mọi thứ có thể thay đổi nhanh chóng trong những năm tới khi các chính phủ trên khắp thế giới thúc đẩy sử dụng hydrogen như là một trong những giải pháp quan trọng để cắt giảm khí thải carbon.

BloombergNEF dự báo đến năm 2030, nhờ chi phí sản xuất giảm xuống, hydrogen sạch có thể đủ sức cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch.

Giải pháp vận chuyển hydrogen đến sân bay

Universal Hydrogen, công ty khởi nghiệp được thành lập bởi Paul Eremenko, cựu Giám đốc công nghệ Airbus, đang hỗ trợ tìm giải pháp vận chuyển hydrogen đến các sân bay. Công ty này đã phát triển các bồn hình nhộng có chiều dài 2,1 mét và đường kính 0,9 mét được  phủ sợi tổng hợp Kevlar, để làm bồn chứa vận chuyển hydrogen hoặc làm bồn chứa hydrogen trên máy bay. Sợi Kevlar có độ bền gấp 5 lần thép nhưng cũng rất dẻo dai nên thường được sử dụng làm vật liệu chế tạo áo giáp chống đạn.

Các sân bay không cần phải đầu tư hạ tầng tốn kém chẳng hạn như đường ống và các kho trữ hydrogen vì mỗi xe container có thể vận chuyển 54 thùng chứa hydrogen nói trên. Paul Eremenko cho biết công ty ông đang thảo luận với Airbus, Boeing và hãng sản xuất máy bay nhà nước Trung Quốc, Comac, về việc sử dụng công nghệ trữ hydrogen này.

Tuy nhiên, Airbus dự định sử dụng hydrogen lỏng để tiết kiệm không gian lưu trữ. Điều này sẽ tạo ra thêm một số thách thức vì công nghệ sản xuất hydrogen hóa lỏng gần như không thay đổi trong 50 năm qua. Quy trình hóa lỏng hydrogen hiện này sẽ tiêu tốn thêm năng lượng, đồng nghĩa với chi phí sẽ cao hơn. Nhưng nếu nhu cầu hydrogen lỏng tăng mạnh, các nhà sản xuất lớn sẽ đầu tư lớn cho các công nghệ tốt hơn nhằm cắt giảm năng lượng sử dụng trong quy trình này.

Rủi ro sẽ rất lớn nếu cú đặt cược vào máy bay hydrogen của Airbus thất bại. Bất cứ sai lầm lớn nào xảy ra nào trong quá trình phát triển một công nghệ chưa được chứng minh có thể khiến Airbus bị Boeing vượt mặt với tư cách là nhà sản xuất máy bay lớn nhất thế giới. Boeing đang chuẩn bị phát triển một dòng máy bay thương mại truyền thống khác, có thể cạnh tranh hơn với các dòng máy bay của Airbus hiện nay.

Theo Bloomberg