チャルマース工科大学、水素動力航空機用の新型熱交換器を開発中

水素を使った飛行の可能性は、化石燃料に依存しない移動手段の大きなチャンスを意味し、これを実現するための技術的進展が急速に進んでいる。現在開発中の新しい熱交換器が導入されれば、その飛行距離はさらに伸びる可能性がある。

チャルマース工科大学の教授であり、TechForH2のセンター長であるトーマス・グロンステッド氏は、次のようにコメントしている。

こうした技術の進展の一部は、チャルマースの風洞施設内で見られる。ここでは、研究者たちが最先端の施設で気流条件をテストしている。ここで、よりエネルギー効率の高いエンジンが開発されており、重機向けの安全で効率的な水素飛行の道を開いている。

北欧での短距離水素航空の未来

水素動力の航空では、短距離および中距離の飛行が最も実現に近い。チャルマースが最近発表した研究によると、水素動力の飛行は2045年までに北欧域内の全航空ルートの97％、および北欧の乗客量の58％に対応できる可能性があることが示されている。

この研究では、最大飛行距離を約1200kmと仮定し、既存の航空機モデルを水素動力に適応させることを前提にした。また、この研究を主導したトーマス・グロンステッド氏の研究グループに所属する博士課程のクリスチャン・スベンソン氏は、新しい燃料タンクが十分な量の燃料を保持でき、超低温の液体水素を保持できるだけの断熱性能を備え、さらに従来の化石燃料タンクシステムよりも軽量であることを明らかにした。

燃費向上のための新型熱交換器

熱交換器は水素航空において重要な役割を果たし、技術革新の要となっている。燃料システムを軽量に保つために、水素は液体の状態である必要がある。つまり、航空機内で水素は通常-250℃ほどの超低温で保持される。このため、エンジンの排気ガスから熱を回収し、戦略的な場所でエンジンを冷却することで、エンジン効率が向上する。超低温の水素とエンジン間で熱を伝達するためには、新しいタイプの熱交換器が必要となる。

この課題に対応するため、チャルマースの研究者たちは数年間にわたり、全く新しいタイプの熱交換器の開発に取り組んできた。この技術は、パートナーであるGKNエアロスペースによって現在特許出願中であり、水素の低温貯蔵温度を活用してエンジン部品を冷却し、排気ガスからの廃熱を利用して燃料を燃焼室に注入する前に数百度まで予熱することができる。

チャルマースの流体力学部門の准教授であり、今回の研究の共同著者であるカルロス・キスト氏は次のようにコメントしている。

研究者たちはまた、さらに最適化を進めることで、通常のエアバスA320商用機にこのタイプの熱交換器を搭載すれば、最大10％の飛行距離延長が可能であることも示しており、これはゴーテボリ‐ベルリン間（約450マイル）の飛行に相当する。

スウェーデン、課題あるものの大規模投資を約束

未来の水素航空のためのソリューションを開発する作業は、政府、大学、民間企業が協力して幅広く進行している。スウェーデンでは、イノベーションクラスターであるスウェーデン水素開発センター（SHDC）が主要なプレーヤーを結集し、産業界のリーダーや学界の専門家が協力している。

最近開催されたSHDCセミナーでは、チャルマースの研究者たちが彼らの研究を発表し、いくつかの商業企業が今後数年で水素飛行に向けた大規模な投資を証言した。技術は大きく進展しているが、課題はむしろ、必要な大規模な投資や、水素を生産、輸送、保管するためのインフラやビジネスモデル、パートナーシップの開発にある。水素飛行への完全な移行には、年間1億トンのグリーン水素が必要になると予想されている。

TechForH2のもとで、水素という課題に取り組むための良好な条件が整っており、1億6200万スウェーデンクローナ（約1550万米ドル）の予算で、重輸送と水素を関連付けるさまざまな研究分野の発展に貢献できるとされている。

▶︎チャルマース工科大学