Certificările și gardurile de reglementare care se confruntă cu o aeronavă cu pile de combustie cu hidrogen

Avioanele cu pile de combustie cu hidrogen sunt considerate pe scară largă ca o tehnologie cheie pentru decarbonizarea aviației, oferind potențialul de emisii zero de carbon în timpul zborului și o dependență redusă de combustibilii fosili. Cu toate acestea, tranziția de la conceptul de exploatare comercială este blocată de o densă densă de provocări de certificare și reglementare. Aceste obstacole se referă la standardele tehnice de siguranță, certificarea navigabilității, reglementarea infrastructurii de combustibil și respectarea mediului. Fără un efort global coordonat de actualizare a cadrelor existente, aviația cu hidrogen riscă să rămână blocată într-o fază permanentă de testare.

Provocări de certificare tehnică și de siguranță

Obstacolul fundamental este acela de a asigura că sistemele de celule pe bază de hidrogen îndeplinesc cerințele extreme de siguranță ale aviației comerciale. Hidrogenul, deși energia densă în masă, este foarte inflamabil, are o gamă largă de inflamabilități și poate emana anumite metale. Autoritățile de certificare, cum ar fi Agenția Europeană de Siguranță a Aviației (AESA) și Administrația Federală a Aviației (FAA) din SUA, necesită o demonstrație riguroasă că sistemele pe bază de hidrogen sunt cel puțin la fel de sigure ca soluțiile actuale pe bază de kerosen. Aceasta implică teste extinse la sol, analize termice, teste de detectare a scurgerilor și teste de navigabilitate la scară completă.

Norme de dezvoltare

Standardele actuale de siguranță a aviației, cum ar fi CS-25[ pentru avioane mari și FAR Partea 25[ pentru aeronave din categoria de transport, au fost scrise cu kerosen în minte. Nu există standarde cuprinzătoare, convenite la nivel internațional, specifice pentru trenurile electrice pe bază de hidrogen în aeronave. Organizațiile precum SAE International[] și Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO) funcționează pe orientări preliminare, dar procesul este lent. De exemplu, SAE AIR64646464 acoperă sistemele de celule de combustibil în aerospațial, dar nu este un standard de certificare.

Domenii de certificare tehnică cheie

  • Hydrogen de stocare:[ Hidrogen lichid criogenic (LH2) și hidrogen gazos de înaltă presiune fiecare mod unic de funcționare. Certificarea trebuie să abordeze gestionarea firului-off, ventilarea în timpul operațiunilor la sol, integritatea rezervorului sub grevă și impact, precum și protecția termică.
  • Siguranţa stivei de celule combustibile: Trebuie să se demonstreze că supraîncălzirea staţiei, degradarea membranei şi încrucişarea hidrogenului sunt detectabile şi controlate. Sunt necesare secvenţe de monitorizare şi închidere automată.
  • Izolare a sistemului de combustibil: Conducte cu două pereți, senzori de detectare a scurgerilor și sisteme de inerție pentru zona nacelală sau fuselajului trebuie certificate pentru a preveni acumularea de hidrogen.
  • Procedurile de urgență: Descendența de urgență, aterizarea forțată și scenariile de accident trebuie să presupună eliberarea hidrogenului. Protocoalele de stingere a incendiilor pentru flăcările pe bază de hidrogen (care sunt invizibile în timpul zilei) necesită validare.

Complexitatea procesului de certificare

Calea de certificare de tip pentru o aeronavă pe bază de hidrogen este neexplorată. Atât AESA cât și FAA au introdus procese speciale de condiționare pentru a aborda caracteristici noi. Un exemplu notabil este ASA certificarea HY4 patru locuri de bază de hidrogen cu celule combustibile, care au utilizat un mijloc de conformitate specific propulsiei celulelor de combustibil. Cu toate acestea, scalarea acestei abordări la 50- sau 100 de locuri de aeronave regionale implică ordine de mărime mai mult de testare. Fiecare componentă de la rezervorul de hidrogen compus la controlorul de management al puterii . Trebuie să treacă propriile teste de calificare înainte ca sistemul integrat să poată fi testate de zbor. Acest ciclu iterativ poate dura ani și costă sute de milioane, fără nicio garanție de aprobare.

Probleme legate de reglementare și infrastructură

Chiar dacă o aeronavă pe bază de hidrogen realizează certificarea de tip, aceasta nu poate funcționa fără un mediu de reglementare care să permită infrastructurilor terestre, manipulării combustibilului și operațiunilor aeroportuare. Peisajul normativ actual este fragmentat între organismele naționale și internaționale, creând frecare pentru operațiunile globale.

Regulamentul privind infrastructura de hidrogen

Staţiile de realimentare cu hidrogen concepute pentru utilizarea autovehiculelor nu sunt direct transferabile pentru aviaţie. Realimentarea cu aeronave necesită rate de flux mult mai mari (kg pe minut), diferitele proiecte de duze (criogene pentru LH2) şi zone de siguranţă specializate. Certificarea aeroportului în cadrul unor cadre precum anexa 14 a OACI (Aerodromuri) nu include încă prevederi pentru stocarea şi distribuţia hidrogenului. Operatorii aeroportuari trebuie să negocieze cu codurile locale de incendiu, agenţiile de mediu şi autorităţile aviatice pentru obţinerea de autorizaţii pentru instalaţii pe bază de hidrogen. [ ]Asociaţia Internaţională de Transport Aerian (IATA) a solicitat standarde globale pentru manipularea combustibililor pe bază de hidrogen, dar implementarea rămâne un mozaic.

Bariere de reglementare a infrastructurii

  1. Utilizarea și zonarea terenurilor:[ Zonele de stocare a hidrogenului trebuie să fie situate la o distanță sigură de terminalele pentru pasageri și de gropile hidrante pentru combustibili. Multe planuri existente pentru aeroporturi nu pot găzdui acest lucru fără a afecta spațiul operațional.
  2. Standardele de calitate ale combustibilului: Hidrogenul utilizat în celulele de combustie trebuie să aibă o puritate extrem de ridicată (99,999% plus) pentru a preveni otrăvirea catalizatorului. Specificaţiile internaţionale privind calitatea combustibilului pentru hidrogenul de aviaţie nu sunt încă finalizate.
  3. Fusurile de siguranță pentru alimentare: Regulamentele privind distanța între vehicule și aeronave, sistemele de stingere a incendiilor și formarea personalului variază în funcție de țară. Este necesară o abordare comună pentru a permite echipajelor internaționale de zbor să funcționeze fără probleme.
  4. Răspuns de urgență: Serviciile de pompieri din aeroport trebuie să fie instruite să se ocupe de incendiile cu hidrogen (care necesită substanțe chimice uscate sau dioxid de carbon, nu apă pentru incendii electrice).Reglementările naționale pentru certificarea pompierilor includ rareori module specifice hidrogenului.

Cadrul de reglementare a mediului

Aeronavele cu pile de combustie cu hidrogen nu produc CO2, NOx (în celula de combustibil) sau funingine, dar produc vapori de apă și pot avea emisii în amonte dacă hidrogenul nu este verde. CORSIA[ (Sistemul de compensare și reducere a emisiilor de carbon pentru aviația internațională) se adresează în prezent numai CO2, astfel încât aeronavele cu hidrogen să îndeplinească automat obiectivul de neutralitate a carbonului. Totuși, Sistemul UE de comercializare a certificatelor de emisii (EU ETS) și ETS din Regatul Unit evoluează pentru a include efecte care nu sunt de CO2. Emisiile de vapori de apă la altitudine ridicată ar putea fi reglementate și în viitor. Este necesară claritatea reglementării pentru a se asigura că proprietarii de aeronave cu hidrogen pot solicita credite de mediu complete, deoarece investitorii și companiile aeriene depind de acestea pentru cazurile de afaceri.

Divergența de reglementare între regiuni

AESA a fost mai proactivă în ceea ce privește emiterea de condiții speciale pentru aeronavele pe bază de hidrogen (de exemplu, condiția specială pentru ATR și altele). FAA a adoptat o abordare mai prudentă, concentrându-se în prezent pe demonstranți de dimensiuni mici. Această divergență creează incertitudine pentru producătorii care vizează ambele piețe. Un acord bilateral privind certificarea aeronavelor pe bază de hidrogen nu este încă în vigoare. Între timp, China face uz de propriile standarde de hidrogen, ceea ce ar putea duce la trei regimuri de certificare diferite.

Privind înainte: Calea către certificare şi desfăşurare

Provocările sunt formidabile, dar industria se mobilizează. EASA

Trebuie să ne gândim la lucruri importante

  • 2025 izare2027: Publicarea standardelor internaționale de consens pentru stocarea hidrogenului și integrarea celulelor de combustie (SAE/ISO/ASTM).
  • 2027 izare2028: Certificarea de tip I a unei aeronave regionale pe bază de hidrogen (de exemplu, ATR EVO cu retehnologizare pe bază de hidrogen).
  • 2029 izare2030: Adoptarea de regulamente globale privind manipularea hidrogenului din aeroporturi prin intermediul modificărilor aduse anexei 14 la OACI.
  • 2031

Pentru a accelera progresul, autoritățile de reglementare, producătorii și companiile energetice trebuie să formeze grupuri de lucru pentru precertificare[ care funcționează în paralel cu dezvoltarea aeronavelor. Această abordare a lucrat pentru aeronavele electrice VTOL (de exemplu, EASA [aeronavă] este o condiție specială pentru EVTOL] și poate fi replicată pentru hidrogen. În plus, guvernele ar trebui să finanțeze infrastructura de certificare-sprijin , cum ar fi platforme de testare a hidrogenului de înaltă presiune și laboratoare criogenice de siguranță la centrele naționale de cercetare în domeniul aviației (de exemplu NASA GRC, DLR, ONERA).

În cele din urmă, industria aeronautică trebuie să accepte că certificarea va fi iterativă. Aeronavele pe bază de hidrogen de prima generație pot avea sancțiuni în domeniul de aplicare și necesită infrastructuri aeroportuare specifice, dar cadrele de reglementare trebuie să rămână suficient de flexibile pentru a permite îmbunătățiri suplimentare. Obiectivul final nu este doar un avion certificat, ci un sistem certificat [aeroport, combustibil, aeroport și operațiuni], care respectă cele mai înalte standarde de siguranță și de mediu.

Aviaţia cu celule de hidrogen poate avea succes, dar numai dacă provocările de certificare şi reglementare sunt tratate ca o problemă de proiectare de prim ordin din faza de dezvoltare timpurie. Ceasul ticăie: presiunea din ţintele net-zero şi aşteptările investitorilor nu vor aştepta ca regulamentul să ajungă din urmă.

Lectură suplimentară: EASA Hidrogen Aviation[ FAA Hidrogen Propulsie SAE AIR6464] ]IATA Hidrogen standard