Airbus và CFM hợp tác nghiên cứu nhiên liệu mới cho ngành hàng không
Cuộc đua để khử carbon ngành hàng không đang trở nên nóng hơn bao giờ hết. Tháng Hai vừa qua, Airbus và CFM International cho biết họ sẽ hợp tác thử nghiệm một động cơ máy bay chạy bằng khí hydro.
Đây sẽ là một cuộc chạy đua đường dài. Hai bên cần ngay lập tức bắt tay vào nghiên cứu với mục tiêu tiến hành các thử nghiệm đầu tiên vào giữa thập kỷ này. Nếu bám sát kế hoạch, dự án này có thể sẽ đặt nền móng cho một chiếc máy bay chở khách không phát thải carbon vào giữa những năm 2030.
Airbus, công ty sản xuất máy bay của Pháp, lần đầu công bố kế hoạch bay bằng khí hydro vào tháng 9/2020 qua một dự án có tên “ZEROe”. Khi đó, hãng đã tiết lộ ba mẫu máy bay thử nghiệm sử dụng hydro làm nhiên liệu chính và có khả năng “giúp chúng tôi khám phá và hoàn thiện thiết kế và bản vẽ của chiếc máy bay thương mại trung hòa khí hậu, không phát thải carbon đầu tiên trên thế giới, với mục tiêu đưa vào khai thác vào năm 2035” - Guillaume Faury, Giám đốc Điều hành của Airbus cho hay.
Khí hydro, nguyên tố dồi dào nhất trên hành tinh của chúng ta, không thải ra khí CO2 khi cháy. Vì thế, loại nhiên liệu xanh này từ lâu đã được xem là một đồng minh đầy tiềm năng của nhân loại trong sứ mệnh giảm phát thải carbon.
Tuy vậy, có rất nhiều thách thức khi sử dụng hydro làm nhiên liệu hàng không. Sean Binion, trưởng nhóm hệ thống động cơ hydro cho dự án thử nghiệm tại GE Aviation, so sánh những thách thức này với các khó khăn của ngành công nghiệp không gian thuở ban đầu. Ngoài việc phát triển công nghệ, còn có những vấn đề rất thực tế trong khâu xây dựng quy trình vận hành, phát triển cơ sở hạ tầng mới và cuối cùng là chứng nhận sản phẩm. Binion cho biết dự án của họ sẽ là bất khả thi nếu không có những mối quan hệ hợp tác như hiện nay, bao gồm các công ty đối tác trên khắp thế giới.
Để thực hiện dự án này, hơn 100 kỹ sư tại GE Aviation và Safran Aircraft Engines đang tìm cách điều chỉnh một động cơ phản lực GE Passport. Quá trình này bao gồm đại tu toàn bộ buồng đốt, hệ thống nhiên liệu và hệ thống điều khiển để tương thích với nhiên liệu hydro hóa lỏng. Họ lựa chọn Passport vì kích thước phù hợp, máy quay tuabin hiện đại và khả năng vận hành ở áp suất và nhiệt độ thích hợp cho bệ thử nghiệm.
Khi các chuyến bay thử nghiệm bắt đầu vào giữa thập niên này, động cơ đã chỉnh sửa sẽ được lắp trên một chiếc Airbus A380. Đây là dòng máy bay thương mại lớn nhất thế giới được trang bị bốn động cơ. Tuy vậy, cấu hình mới sẽ cho phép nhóm nghiên cứu thử nghiệm các chỉ số phát thải của động cơ đã chỉnh sửa chạy bằng nhiên liệu hydro, bao gồm cả vệt khói do máy bay tạo ra trên bầu trời và theo dõi riêng rẽ những chỉ số này.
Massimo Varriani, trưởng nhóm hệ thống châu Âu của dự án tại Avio Aero - một công ty mảng Hàng không thuộc GE, chia sẻ rằng “mục đích của dự án là chứng minh công nghệ” và nguyên mẫu tạo ra sau đó sẽ được nâng cấp quy mô để phù hợp với các kích thước động cơ khác nhau cũng như tính ứng dụng của máy bay. Mục đích cuối cùng của dự án là phát triển thành công công nghệ có thể áp dụng lên nhiều mẫu thiết kế, tương tự như ba ý tưởng ZEROe của Airbus, bao gồm một động cơ tuabin phản lực cánh quạt, một động cơ tuabin cánh quạt và một thiết kế thân cánh pha trộn. “Điều quan trọng là chứng minh được rằng chúng ta có thể bay khi chỉ sử dụng nhiên liệu hydro cho động cơ máy bay, chúng ta có khả năng lưu trữ hydro trên máy bay và chúng ta có một hệ thống có khả năng phân phối nhiên liệu hydro vào buồng đốt với các đặc tính phù hợp” - Varriani cho biết.
Việc lưu trữ khí hydro trên máy bay cũng là một thách thức kỹ thuật lớn. Hydro thường tồn tại dưới dạng khí, nếu chở lượng khí đủ làm nhiên liệu cho máy bay chở khách, máy bay sẽ không đủ chỗ chứa. Do đó, cần lưu trữ hydro ở dạng lỏng. Để làm được điều này, họ phải làm lạnh khí hydro về nhiệt độ -253 độ C (-423 độ F) để khí hóa lỏng. Sau đó, quy trình này sẽ đảo ngược để hydro dạng lỏng chuyển thành dạng khí và dùng làm nhiên liệu. Điều này đồng nghĩa với việc một số bộ phận của động cơ sẽ phải trải qua chênh lệch nhiệt độ khoảng 1.500 độ F.
Đây không phải chuyện dễ, nhưng Binion tin rằng nhóm nghiên cứu sẵn sàng đón nhận thách thức. Ông cho hay “CFM cam kết sẽ hợp tác với các bên để loại bỏ carbon trong ngành hàng không. Và chúng tôi mong muốn sẽ thành công trong dự án này. Thách thức này vừa thú vị vừa mang lại cảm giác thành tựu. Chúng tôi đang sáng tạo và thực hiện một trong những yếu tố quan trọng để tạo ra một tương lai bền vững cho ngành hàng không”.
Tháng 10/2021, Tổ chức Hoạt động Vận tải Hàng không (ATAG) công bố mục tiêu không phát thải carbon trong ngành hàng không vào năm 2050 bằng cách giúp tạo ra những công nghệ hiện đại để hiện thực hóa mục tiêu này. CFM và Airbus đều ký vào bản cam kết này của ATAG và đã có những kế hoạch đầy tham vọng trong những năm gần đây.
Khởi động vào tháng 6 năm 2021, chương trình RISE của CFM nhằm mục đích phát triển công nghệ hiện đại để tạo ra một động cơ tiết kiệm 20% nhiên liệu và giảm phát thải 20% lượng CO2 so với các động cơ hiệu quả nhất hiện nay khi sử dụng nhiên liệu hàng không truyền thống. Không chỉ như vậy, cấu hình tương thích với công nghệ nhiên liệu hydro - thành quả nghiên cứu của dự án thử nghiệm liên kết giữa CFM và Airbus - sẽ góp phần tạo ra những chuyến bay không phát thải carbon.
Không dừng lại ở đó, nhiên liệu hàng không bền vững (SAF) được làm từ chất thải và các quy trình thay thế cũng đang dần được ứng dụng rộng rãi hơn và đã có những thành tựu đáng kể. Tháng 10 vừa rồi, Etihad Airways đã sử dụng một hỗn hợp nhiên liệu chứa SAF cùng với nhiều giải pháp công nghệ khác trên một chuyến bay đường dài thường xuyên từ Luân-Đôn đến Abu Dhabi. Chuyến bay này ghi nhận mức phát thải carbon thấp hơn 72% so với một chuyến bay tương tự hai năm trước. Vào tháng 12, United Airlines đã khai thác chuyến bay chở khách đầu tiên trên thế giới sử dụng 100% động cơ SAF cho một trong các động cơ CFM LEAP-1B trên máy bay.
Tuy vậy, để các hãng hàng không có thể chuyển đổi đội bay sang sử dụng khí hydro, cần phải có một nỗ lực phối hợp để tạo ra thêm nhiều chất khí xanh này. Điều này hoàn toàn có thể được thực hiện theo cách bền vững nếu nguồn năng lượng dùng để sản xuất hydro là các nguồn tái tạo như điện gió và điện mặt trời. Tin vui là GE Gas Power đã có bề dày kinh nghiệm sử dụng hydro trong các nhà máy điện. Các tuabin của hãng đã cán mốc hơn 8 triệu giờ vận hành bằng các hỗn hợp chứa hydro, bao gồm khí hydro xanh trong một số dự án thử nghiệm gần đây. Kiến thức và kinh nghiệm tích lũy từ những dự án này sẽ là một trong nhiều trường hợp giao thoa hợp tác trong nội bộ GE và với các đối tác. Đây cũng là lý do Binion lạc quan về lần hợp tác này.
Gaël Méheust, chủ tịch và giám đốc điều hành của CFM International cũng đồng quan điểm: “Nhờ việc huy động được năng lực và kinh nghiệm tổng hợp của CFM và Airbus, chúng tôi thực sự sở hữu một đội ngũ trong mơ để có thể chứng minh thành công hệ thống đẩy hydro”.