Thị trường hàng hóa
Cuộc chạy đua máy bay phát thải Zero diễn ra ngày càng nóng bỏng giữa hai hãng hàng đầu thế giới là Airbus (châu Âu) và Boeing (Mỹ). Tuy cùng chung mục đích, nhưng hai hãng lại có quan điểm hoàn toàn khác nhau về cách hạn chế lượng khí thải carbon trong quá trình vận chuyển bằng đường hàng không đến năm 2050. Tầm nhìn của Airbus về phát triển máy bay chạy bằng hydro đang có chiều hướng tích cực, phấn khích, trong khi đó Boeing lại thận trọng hơn.
Airbus có kế hoạch chế tạo một chiếc máy bay hành khách chạy bằng nhiên liệu hydro với vốn đầu tư lên tới một tỷ euro (1,2 tỷ USD) cho đến năm 2024. Máy bay này có khả năng chở từ 100 đến 200 người. Sau đó, nếu mọi việc suôn sẻ, Công ty sẽ đóng băng thiết kế và chi thêm hàng tỷ USD cho việc xây dựng, chứng nhận và sản xuất đại trà vào năm 2035. Trong kịch bản lạc quan nhất, các phiên bản ban đầu của những chiếc máy bay này sẽ có tầm bay tối đa 3.700 km, đủ tốt để đi từ Chicago đến Los Angeles hoặc Bắc Kinh đến Tokyo, nhưng không vượt qua Đại Tây Dương. Vì vậy, Airbus sẽ song song hỗ trợ việc tiếp tục triển khai nhiên liệu hàng không bền vững được làm từ thực vật, chất thải và các nguồn thân thiện với khí hậu khác để thay cho nhiên liệu phản lực gốc hóa thạch như hiện nay. Thành công hay thất bại của Airbus có thể quyết định liệu hydro cuối cùng chiếm ưu thế hay đi vào lịch sử hàng không, giống như Liên Xô từng dùng hydro cách đây 30 năm.
Nắm 2021, Airbus công bố 4 thiết kế về máy bay hydro, bao gồm: Máy bay cánh pha trộn, có động cơ phản lực hybrid được điều khiển bằng quá trình đốt hydro và điện được tạo ra từ pin nhiên liệu, với 2 động cơ, chở được 200 hành khách. Chất thải chính là hơi nước và khí vi lượng, phạm vi hoạt động 3.700km; Hai là máy bay dạng Pod (Hydrogen Pods): Đây là máy bay mô-đun hoặc máy bay pod, trong đó nguyên tắc thiết kế có phần mang trọng tải thường xuyên tháo rời và lắp trở lại. Nó có thể được so sánh với chức năng của container vận chuyển liên phương thức. Máy bay pod được cấp nhiên liệu hoàn toàn bằng pin; từng tế bào nhiên liệu có thể tháo rời hay lắp lại; một bồn chứa hydro lỏng; có hệ thống làm mát và động cơ điện để quay cánh quạt, máy bay được trang bị 4-6 động cơ, chất thải duy nhất là hơi nước.
Ba là turbofan, có động cơ phản lực hybrid được điều khiển bởi quá trình đốt cháy hydro và điện do pin nhiên liệu. Chất thải duy nhất là hơi nước và khí vi lượng, phạm vi hoạt động 3.700km. Bốn là turboprop, được trang bị động cơ phản lực hybrid được dẫn động bởi quá trình đốt cháy hydro và điện của pin nhiên liệu. Chất thải duy nhất là hơi nước và khí vi lượng, phạm vi hoạt động 1.800km.
Ý tưởng mới nhất công bố tháng 12/2021 là một chiếc máy bay được trang bị 6 khoang hydro, đặt đều hai bên cánh. Mỗi khoang có bồn chứa hydro lỏng riêng, hệ thống làm mát, pin nhiên liệu để tạo ra điện và động cơ để quay cánh quạt. Các khoang nhiên liệu này có thể hoán đổi để tiếp nhiên liệu hoặc bảo trì. Giữ hydro trong khoang dưới cánh có nghĩa nhiên liệu sẽ không chiếm không gian trong thân máy bay và là khái niệm duy nhất đề xuất năng lượng điện không cần đốt cháy.
Trong khi Airbus lạc quan về hydro thì Boeing lại thận trọng. Theo Brian Yutko, Kỹ sư trưởng của Boeing “các vấn đề kỹ thuật và khoa học chưa được giải quyết thấu đáo, nhưng điều đó không có nghĩa hydro là không thể, mà rủi ro thường đi kèm với lợi thế”. Mối quan tâm hàng đầu của Boeing về an toàn với hydro là làm thế nào để làm trơ các thùng nhiên liệu để giảm khả năng bắt lửa. Các máy bay vận tải ngày nay làm điều đó bằng cách xả hơi từ các thùng nhiên liệu và bằng cách lấp đầy không gian không khí trong các thùng bằng một loại khí trơ như nitơ. Vì vậy phải tìm ra cách giải phóng khí hydro một cách an toàn để đảm bảo tuyệt đối cho người và thiết bị.
Liên quan đến vấn đề này, Airbus cho biết khái niệm khoang sẽ mang lại cho các nhà thiết kế máy bay sự linh hoạt như Airbus đề suất, đó là máy bay có thể có bốn hoặc sáu "khoang" - mỗi khoang có một bình hydro lỏng, hệ thống làm mát, pin nhiên liệu để tạo ra điện và động cơ điện. Những người ủng hộ hàng không hydro cho rằng rủi ro an toàn của hydro thường bị thổi phồng quá mức một phần là do vụ cháy khinh khí cầu Hindenburg năm 1937 ám ảnh đến tận ngày nay.
Airbus trích dẫn số liệu từ Bộ Năng lượng Mỹ (DoE) cho biết, đến nay một lượng lớn hydro đã được sản xuất, vận chuyển và tiêu thụ mà không gặp vấn đề về an toàn. Trên thực tế, chỉ riêng Mỹ đã sản xuất 10 triệu tấn hydro mỗi năm để cung cấp năng lượng, cùng với 35.000 xe nâng và 8.800 xe ô tô chạy bằng pin nhiên liệu nên so với xăng dầu, hydro vẫn an toàn hơn. Ngay cả Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức, nơi đã thiết kế chiếc máy bay Hy4 bốn chỗ chạy bằng pin nhiên liệu hydro cũng cho biết hydro là an toàn. Các biện pháp phòng ngừa an toàn cần thiết đối với hydro đã được quan tâm nhiều hơn, và mọi thứ sẽ dịu đi khi công nghệ phát triển.
Mặc dù máy bay chạy bằng hydro sẽ không thải ra carbon dioxide, nhưng điều đó không có nghĩa chúng không có lượng khí thải carbon. Boeing lưu ý, giả sử hydro lỏng sẽ được sản xuất bằng điện thì 60% lượng điện đó ngày nay sẽ được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, nên máy bay hydro vẫn là nguồn làm tăng lượng carbon trong khí quyển. Cụ thể, sản xuất và phân phối hydro lỏng hiện đòi hỏi năng lượng cao gấp 5 lần so với sản xuất và phân phối nhiên liệu máy bay bằng xăng dầu. Vì lý do này mà Boeing cho rằng, mức giảm khí thải carbon cho hàng không thể giảm ngay lập tức trong vòng 20 đến 30 năm tới.
Cả Boeing lẫn Airbus đều có kế hoạch chế tạo máy bay của mình có khả năng dùng 100% nhiên liệu hàng không bền vững (SAF - Sustainable aviation fuel), nhưng lại chưa thông báo cụ thể khi nào. Airbus bay thử nghiệm A350 trên 100% SAF vào đầu năm 2022 tuy nhiên theo Airbus việc áp dụng SAF cũng đặt ra nhiều thách thức, bắt đầu từ việc làm thế nào để mở rộng quy mô sử dụng các loại nhiên liệu này, hiện còn rất hạn chế. Boeing xác thực lập luận của mình rằng, SAF sẽ là con đường chính để giảm lượng khí thải carbon trước năm 2050. Đội máy bay thương mại của năm 2050 sẽ trông giống như đội bay hiện nay, vì máy bay có tuổi thọ từ 20 đến 30 năm, vì vậy cách tốt nhất để giảm lượng khí thải trong khoảng thời gian đó là thông qua SAF.
Hydro lỏng rất lạnh ở âm 253 độ C. Do đó, các thành phần pin nhiên liệu tạo ra điện cho động cơ đẩy sẽ nặng và cần nhiều lớp cách nhiệt, đặc biệt là ở độ cao lớn, trừ khi tìm ra giải pháp mới. Vì vậy, Airbus đang khám phá cách nó có thể làm mát hệ thống điện để biến nó trở nên siêu dẫn, điều này sẽ làm giảm kích thước và trọng lượng của các thành phần điện cũng như lượng nhiệt sinh ra.
Vì tính siêu dẫn làm giảm điện trở nên các nhà thiết kế có thể giảm hệ thống 3.000 vôn cho động cơ điện xuống 500 vôn, giảm một nửa trọng lượng của bộ hạn dòng, bộ điều khiển động cơ, dây cáp, động cơ điện và các thành phần điện khác trong khi giảm nhiệt mà chúng tạo ra. Một hệ thống điện áp cao sẽ yêu cầu cách điện nhiều hơn để ngăn chặn sự phóng điện hồ quang ở độ cao lớn, vì vậy với điện áp thấp hơn và ít cách điện hơn, các thành phần điện có thể nhỏ hơn. Với ít nhiệt hơn từ các bộ phận điện, các nhà thiết kế có thể lập kế hoạch cho các hệ thống làm mát nhỏ hơn, điều này cũng giúp tiết kiệm trọng lượng. Siêu dẫn cũng sẽ giảm tổn thất điện hơn một nửa, do đó máy bay sẽ cần ít năng lượng điện hơn và nhiên liệu hydro của nó sẽ tồn tại lâu hơn, mở rộng phạm vi bay của nó.
Đến năm 2025, Airbus phải đưa ra quyết định dừng lại hay tiếp tục. Quyết định sẽ không chỉ phụ thuộc vào việc liệu nó có một thiết kế khả thi hay không, mà liệu việc sản xuất và phân phối nhiên liệu hydro có đủ vào năm 2035 hay không. Nhưng ngay cả với một thiết kế hoàn hảo, các vấn đề khác có thể làm hỏng kế hoạch của Airbus. Một thước đo mức độ khó khăn mà Airbus phải đối mặt là xây dựng “hệ sinh thái hydro”, tức mọi thứ từ sản xuất, phân phối đến đưa nó vào máy bay. Để có được hệ sinh thái đó cũng sẽ là một vấn đề đối với các ngành công nghiệp ô tô, vận tải đường bộ, đường sắt và hàng hải khi họ áp dụng các khái niệm sử dụng nhiên liệu hydro không phát thải. Ngoài ra còn phải đạt các tiêu chuẩn chứng nhận an toàn từ FAA hoặc Cơ quan An toàn Hàng không Liên minh Châu Âu cho máy bay hydro.
Theo giới chuyên gia môi trường, hydro có hai lợi thế lớn hơn so với SAF: Một, để tạo ra SAF tốn gấp ba lần năng lượng so với để tạo ra hydro lỏng. Và hai, không giống như SAF, hydro hoàn toàn không chứa carbon chứ không chỉ không có carbon thuần. Ngay cả khi Airbus duy trì cam kết đối với cả hydro lẫn SAF, thì về lâu dài, máy bay chạy bằng nhiên liệu hydro sẽ là hướng đi tất yếu và “hydro sẽ là lựa chọn tối ưu cho nửa cuối thế kỷ này. Đây là một lựa chọn chứa cả rủi ro lần phần thưởng, nhưng hydro là sẽ chiến thắng trong cuộc chơi, nếu chúng ta làm đúng", Ron Van Manen, Trưởng bộ phận phát triển chiến lược của hãng Clean Sky nhận định.
ĐANG HOT
BÀI VIẾT LIÊN QUAN
Đọc thêm
Business Networking
Mạng lưới kết nối của Trí Tuệ Mới
