Sertifiointi ja sääntely Hardles edessä vety polttokenno ilma

Vetypolttokennolentokoneita pidetään yleisesti keskeisenä teknologiana, joka edistää lentoliikenteen hiilidioksidipäästöjen vähentämistä ja vähentää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista. Siirtyminen konseptista kaupalliseen käyttöön on kuitenkin estetty tiheällä sertifioinnin ja sääntelyn haasteilla. Nämä esteet kattavat tekniset turvallisuusstandardit, lentokelpoisuussertifioinnin, polttoaineinfrastruktuurien sääntelyn ja ympäristövaatimusten noudattamisen. Ilman koordinoituja maailmanlaajuisia pyrkimyksiä nykyisten puitteiden päivittämiseksi vety-ilmailu on vaarassa juuttua pysyvään testausvaiheeseen.

Tekniset ja turvallisuussertifioinnin haasteet

Perusesteenä on varmistaa, että vetypolttokennojärjestelmät täyttävät kaupallisen ilmailun äärimmäiset turvallisuusvaatimukset. Vety on erittäin helposti syttyvää, sillä on laaja syttyvyysalue ja se voi myrkyttää tiettyjä metalleja. Sertifiointiviranomaiset, kuten Euroopan unionin lentoturvallisuusvirasto (EASA) ja Yhdysvaltain liittovaltion ilmailuhallinto (FAA), vaativat tiukkaa demonstrointia siitä, että vetyjärjestelmät ovat vähintään yhtä turvallisia kuin nykyiset petrolipohjaiset ratkaisut. Tähän kuuluu laaja maatestaus, lämpökaranteenianalyysi, vuodon havaitseminen validointi ja täysimittaiset kolarikelpoisuustestit.

Standardien kehittäminen

Nykyiset lentoturvallisuusstandardit, kuten ]CS-25] suurille lentokoneille ja FAR Osa 25[ kuljetusluokan ilma-aluksille, on laadittu petrolilla. Vetypolttokennojen voimajunille lentokoneissa ei ole kattavia, kansainvälisesti sovittuja standardeja. Organisaatiot, kuten SAE International ja Kansainvälinen standardisointijärjestö [ISO][[], työskentelevät esiohjeista, mutta prosessi on hidas. Esimerkiksi SAE AIR6464 kattaa polttoainekennojärjestelmät ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, mutta se ei ole sertifiointistandardi. Teollisuuden tarpeet ovat kiireellisesti yhdenmukaistetut sertifiointieritelmät[[ vetyvarastojen, polttoainekennojen ja -komponenttien osalta.

Teknisen sertifioinnin keskeiset alueet

  • Hydrogeenin varastointi:[ Kryogeeninen nestemäinen vety (LH2) ja korkeapaineinen kaasumainen vety ovat kaikki ainutlaatuisia vikatiloja. Sertifioinnissa on käsiteltävä kiehumisen hallintaa, tuuletusta maatoimintojen aikana, säiliön eheyttä salamaniskun ja iskun aikana sekä lämpösuojausta.
  • Ennakkokennojen turvallisuus:[ Pinon ylikuumeneminen, kalvon hajoaminen ja vedyn vaihtovirta on osoitettava havaittavaksi ja suljetuksi. Tarvitaan automaattisia valvonta- ja pysäytysjaksoja.
  • Eristysjärjestelmän eristäminen:[] Kaksiseinäiset putket, vuodonhavaitsemisanturit ja rungon alueen inertiajärjestelmät on sertifioitava vedyn kertymisen estämiseksi.
  • Hätämenetelmät:[ Hätälasku, pakkolasku ja törmäysskenaariot on otettava vedyn vapautuessa. Vetyliekkien palontorjuntaprotokollat (jotka ovat näkymättömiä päivänvalossa) on validoitava.

Sertifiointiprosessin monimutkaisuus

Huomattava esimerkki on HY4[ -moottorikäyttöisen ilma-aluksen tyyppihyväksyntä, jossa käytettiin . EASA ja ilmailuhallinto ovat ottaneet käyttöön erityisiä kuntoprosesseja uusien ominaisuuksien käsittelemiseksi. Huomattava esimerkki on HY4[ -moottorikäyttöisen nelipaikkaisen vetypolttokenno-ilma-aluksen sertifiointi. Jokaisen vetysäiliön osan on läpäistävä omat pätevyystestinsä ennen kuin integroitu järjestelmä voidaan testata. Tämä iteratiivisen syklin suorittaminen 50- tai 100-paikkaiseen alueelliseen ilma-alukseen voi kuitenkin kestää vuosia ja maksaa satoja miljoonia ilman takeita hyväksynnästä.

Sääntelyn ja infrastruktuurin haasteet

Vaikka vety-ilma-alus saisikin tyyppihyväksynnän, se ei voi toimia ilman mahdollista sääntely-ympäristöä maainfrastruktuurille, polttoaineen käsittelylle ja lentoaseman toiminnalle. Nykyinen sääntely-ympäristö on pirstoutunut eri maiden ja kansainvälisten elinten välillä, mikä aiheuttaa kitkaa maailmanlaajuiselle toiminnalle.

Vetypolttoaineinfrastruktuuria koskevat säännöt

Autojen käyttöön tarkoitetut vetypolttoaineasemat eivät ole suoraan siirrettävissä ilmailuun. Ilma-alusten tankkaus vaatii paljon suurempia virtausnopeuksia (kg minuutissa), erilaisia suutinmalleja (kryogeeni LH2:lle) ja erikoisturvavyöhykkeitä. []Ilmasataman sertifiointi[[] ICAO:n liitteen 14 (Aerodromes) kaltaisissa puitteissa ei vielä sisällä määräyksiä vedyn varastoinnista ja jakelusta. Lentoasemien pitäjien on neuvoteltava paikallisten palo- ja ympäristömääräysten ja ilmailuviranomaisten kanssa saadakseen luvat vetylaitoksille.Kansainvälinen lentoliikenneyhdistys (IATA)[ on vaatinut maailmanlaajuisia standardeja vetypolttoaineen käsittelyyn, mutta toteutus on edelleen laastarin työtä.

Infrastruktuurin sääntelyn esteet

  1. Maankäyttö ja kaavoitus:[ Vetyvarastojen on sijaittava turvallisen matkan päässä matkustajaterminaalista ja polttoainesäiliöistä. Monet olemassa olevat lentoasemat eivät voi ottaa tätä huomioon ilman, että ne tunkeutuvat toimintatilaan.
  2. Huoltolaatuvaatimukset:[] Polttokennoissa käytettävän vedyn on oltava erittäin puhdasta (99,999% +) katalyytin myrkytyksen estämiseksi. Kansainväliset polttoaineen laatuvaatimukset ilmailun vedylle eivät ole vielä valmiit.
  3. Vapautusvyöhykkeiden tankkaus:[ määräykset ajoneuvon ja ilma-aluksen välisen etäisyyden, palontorjuntajärjestelmien ja henkilöstön koulutuksen osalta vaihtelevat maittain. Tarvitaan yhteinen lähestymistapa, jotta kansainväliset ohjaamomiehistöt voivat toimia saumattomasti.
  4. Hätävalmius:[ Lentoasemien palopalvelut on koulutettava käsittelemään vetypaloja (jotka edellyttävät kuivaa kemikaalia tai hiilidioksidia, eivät sähköä sähköpaloihin). Kansalliset palomiesten sertifiointia koskevat määräykset sisältävät harvoin vetykohtaisia moduuleita.

Ympäristöalan sääntelypuitteet

Vetypolttokenno-ilma-alukset eivät tuota hiilidioksidia, NOx:tä (polttoainekennossa itsessään) tai nokea, mutta ne tuottavat vesihöyryä ja voivat tuottaa alkuvaiheen päästöjä, jos vety ei ole vihreää. [CORSIA[] (hiilidioksidin poisto- ja vähennysjärjestelmä kansainväliselle ilmailulle) käsittelee tällä hetkellä vain hiilidioksidipäästöjä, joten vety-ilma-alukset täyttäisivät automaattisesti hiilineutraaliuden tavoitteen. Kuitenkin EU:n päästökauppajärjestelmä (EU ETS) ) ja Yhdistyneen kuningaskunnan päästökauppajärjestelmä (YK:n päästökauppajärjestelmä) voivat vaatia täysimääräisiä ympäristöhyvityksiä, koska sijoittajat ja lentoyhtiöt ovat riippuvaisia näistä liiketoiminta-asioista. Myös korkealla korkeudella syntyviä vesihöyrypäästöjä voitaisiin säännellä tulevaisuudessa.

Sääntelyn erilaisuus alueiden välillä

EASA on ollut aktiivisempi vety-ilma-alusten erityisehtojen (esimerkiksi vetykäyttöisten ilma-alusten erityisedellytys ATR:lle ja muille) asettamisessa. FAA on omaksunut varovaisemman lähestymistavan, jossa keskitytään tällä hetkellä pienimuotoisiin mielenosoittajiin. Tämä ero luo epävarmuutta valmistajille, jotka kohdistavat nämä molemmat markkinat. Kahdenvälinen sopimus vety-ilma-alusten sertifioinnista ei ole vielä voimassa. Samaan aikaan Kiinan siviili-ilmailuhallinto (CAAC) kehittää omia vetystandardejaan, mikä saattaa johtaa kolmeen eri sertifiointijärjestelmään. Ala tarvitsee kiireellisesti [ ICAO-tason koordinointia[], jotta vältetään kalliit uudelleensertifiointivaatimukset kaikilla markkinoilla.

Katse eteenpäin: Tie sertifiointiin ja käyttöönottoon

Haasteet ovat huikeita, mutta ala on liikkeellä. EASA.Sanoma Hydrogen Aviation. -etenemissuunnitelma (päivitetty vuonna 2024) hahmottelee vaiheittaista lähestymistapaa: pienet mielenosoittajat vuoteen 2025 mennessä, alueelliset ilma-alukset vuoteen 2030 mennessä ja yksi-ilma-alus -käsitteet vuoteen 2035 mennessä. FAA.s Center for Egration Concepts and Innovation tekee yhteistyötä NASAn kanssa vetykäyttöisten propulsiokoealustojen alalla.

Tarvittavat avainmailit

  • 2025..2027:[ Vedyn varastointia ja polttokennojen integroimista koskevien kansainvälisten konsensusstandardien julkaiseminen (SAE/ISO/ASTM).
  • 2027..2028:[ Alueellisen vety-ilma-aluksen ensimmäinen tyyppihyväksyntä (esim. ATR EVO vetypolttokennon jälkiasennuksella).
  • 2029..2030:[ Yleisten lentokenttäkäyttöön tarkoitettujen vetykäsittelymääräysten hyväksyminen ICAO:n liitteen 14 muutosten avulla.
  • 2031..2032:[ Vetyvaikutukset, jotka eivät ole hiilidioksidipäästöjä, sisällytetään päästökauppajärjestelmiin antamalla sääntelyhyvitystä.

Edistymisen nopeuttamiseksi sääntelyviranomaisten, valmistajien ja energiayhtiöiden on perustettava [] esisertifioituja työryhmiä[, jotka toimivat rinnakkain lentokoneiden kehittämisen kanssa. Tämä lähestymistapa toimi esimerkiksi sähkökäyttöisten VTOL-lentokoneiden (esim. EASA...) erityisehdon EVTOL:lle ja voidaan toistaa vedyn osalta. Lisäksi hallitusten olisi rahoitettava sertifiointia tukeva infrastruktuuri[], kuten korkeapaineiset vetytestilautat ja kryogeeniset turvallisuuslaboratoriot kansallisissa ilmailututkimuskeskuksissa (esim. NASA GRC, DLR, ONERA).

Lentoteollisuuden on myös hyväksyttävä, että sertifiointi on iteratiivista. Ensimmäisen sukupolven vetylentokoneilla voi olla erilaisia seuraamuksia ja ne vaativat tiettyä lentoasemainfrastruktuuria, mutta sääntelypuitteiden on oltava riittävän joustavia lisäparannuksien huomioon ottamiseksi. Lopullisena tavoitteena ei ole pelkästään sertifioitu lentokone vaan sertifioitu []järjestelmä[].

Vetypolttokenno ilmailu voi onnistua, mutta vain jos sertifiointi- ja sääntelyhaasteita käsitellään ensimmäisen tilauksen suunnitteluongelmana jo varhaisessa kehitysvaiheessa. Kello tikittää: paine netto-nolla-tavoitteista ja sijoittajien odotukset eivät odota sääntökirjan kiinni.

Lisälukema: EASA Vety Aviation ... .FAA Vetypropulssi.......................................................................................................................................................................................................