Skalerbart hydrogensystem muliggjør utslippsfri flyvning

Mobilitet er en avgjørende del av hverdagen vår, og luftfart er en viktig komponent i denne evnen til å reise fra ett sted til et annet med høy hastighet.

Ved å gjøre det mulig for mennesker og varer å reise mange mil på noen timer, knytter luftfartsindustrien folk sammen som ingen annen transportform kan. Dette gjør den til en betydelig bidragsyter til verdensøkonomien, og den står for 3,5 % av verdens bruttonasjonalprodukt (BNP).

Industrien støtter også totalt 86,5 millioner jobber globalt, med en estimert markedsstørrelse for den globale flyselskapindustrien som overstiger 760 milliarder dollar.

Merkbart er at flyselskaper over hele verden forventes å ha fraktet omtrent 9,5 milliarder passasjerer i 2024, noe som representerer en økning på 104 % fra 2019-nivåene og en vekst på 9 % fra 2023, ifølge ACI World. Denne veksten forventes å akselerere ytterligere, med global passasjertrafikk som forventes å nå 19,5 milliarder innen 2042.

Luftfartsindustrien vokser tydelig, og dens fremtid er virkelig lys. Det sagt, bidrar den også i betydelig grad til utslipp av klimagasser (GHG).

Selv om luftfart utgjør en relativt liten andel av de globale utslippene på 2,5 %, vokste den raskere enn jernbane, vei eller shipping mellom 2000 og 2019. Den økte etterspørselen etter internasjonale reiser etter Covid‑19‑pandemien førte faktisk til at luftfartsutslippene nådde nesten 950 Mt CO₂.

Ikke bare vokser luftfartsutslippene i raskt tempo, de er også en av de mest utfordrende sektorene å dekarbonisere, og utgjør en kritisk miljøutfordring.

Som et resultat er bransjens fokus nå på å dekarbonisere driften og oppnå Net Zero-målet, som innebærer å redusere CO₂‑utslipp til et nivå som naturen kan absorbere innen 2050.

Utnytte hydrogenets potensial for utslippsfri luftfart

Siden luftfart bidrar med en betydelig del av globale CO₂‑ og kondensstrømsutslipp, blir det svært viktig å utvikle avanserte og helhetlige løsninger for å nå bransjens klimamål.

En lovende løsning er hydrogen, det letteste og mest forekommende kjemiske elementet i universet, som utgjør omtrent 75 % av all vanlig materie.

Dette kjemiske elementet har blitt et populært og verdifullt verktøy for dekarbonisering takket være sin rene forbrenning. Det er et rent brensel som kun produserer vanndamp som biprodukt ved forbrenning.

Dessuten er den gravimetriske energitettheten, altså tilgjengelig energi per masseenhet av et stoff, for hydrogen omtrent 2,8 ganger høyere enn for konvensjonelt flydrivstoff, kerosin. Hydrogen har faktisk den høyeste gravimetriske energitettheten av alle kjente stoffer, ca. 120 kJ/g. Til sammenligning har kerosinbasert jetdrivstoff en energitetthet på 43 MJ/kg.

Imidlertid har hydrogen en lav tetthet under normale forhold, dvs. 0,08 kg/m³. Dette medfører store lagringsutfordringer, spesielt for langdistanseflyvninger.

Et praktisk alternativ er å lagre den fargeløse, luktfrie og smakløse gassen i flytende form ved 20 K. Denne formen øker hydrogenets tetthet til 휌퐿퐇2 = 70,8 kg/m³, noe som har vist seg å være en løsning for luftfartsapplikasjoner.

Selskaper har også undersøkt ulike aspekter ved integrering av flytende hydrogen (LH2) i fly, inkludert termisk styring, trykkreguleringsmekanismer, isolasjonsstrategier og design av kryogeniske tanker.

Imidlertid er et helhetlig system som integrerer LH2‑lagring, termisk styring og overføringskontroll i en skalerbar form for flydesign fortsatt underutforsket.

Dermed har et forskerteam fra FAMU‑FSU College of Engineering, som er et felles ingeniørcollege for Florida A&M University og Florida State University, utviklet et lagrings‑ og leveringssystem for flytende hydrogen som kan hjelpe luftfartsindustrien med å realisere sitt nullutslippsmål.

Med støtte fra NASA beskrev studien et skalerbart, integrert system som takler flere ingeniørutfordringer ved å muliggjøre bruk av hydrogen som rent drivstoff. Det brukes også som et innebygd kjølemiddel for kritiske kraftsystemer ombord i elektrisk drevne fly.

Teamet demonstrerte at flytende hydrogen kan lagres effektivt, overføres trygt, og brukes til å kjøle kritiske ombordssystemer samtidig som det støtter flyets kraftbehov under start, cruise og landing.

“Vårt mål var å skape ett enkelt system som håndterer flere kritiske oppgaver: drivstofflagring, kjøling og leveringskontroll. Dette designet legger grunnlaget for reelle hydrogenluftfartsystemer.”

Hydrogen‑hybrid‑elektrisk fly: Skalerbar fremdriftsløsning

Publisert i Applied Energy¹ tar studien på seg oppgaven med å redusere luftfartsindustriens karbon- og kondensstrømsutslipp, som er viktige bidragsytere til klimaendringer, ved å foreslå et innovativt design for et system som lagrer flytende hydrogen, håndterer termisk styring og kontrollerer overføringen, tilpasset Integrated Zero Emission Aviation (IZEA).

IZEA er et akademisk‑industrielt samarbeid som har som mål å oppnå null utslipp av klimagasser fra kommersiell luftfart. Industrielle partnere inkluderer Raytheon Technologies, Boeing og Advanced Magnet Laboratories.

Spesielt undersøker dette samarbeidet hybridkraftproduksjon gjennom en kombinasjon av brenselceller og turboelektriske generatorer, ved bruk av hydrogen med enten konsentrert oksygen eller omgivende luft.

Målet med IZEA er å finne ut hvordan man kan bruke flytende hydrogen som drivstoff samt øke effektivitet og kraft uten å øke vekten.

De valgte FAMU‑FSU College of Engineering for å hjelpe med å utvikle det bærekraftige luftfartssystemet sent på 2022, som en del av et fem‑årig prosjekt på 10 millioner dollar.

For å oppfylle den nasjonale agendaen for energisystemer og kommersiell flyfremdrift for å redusere luftfartsindustriens skadelige utslipp, vil FAMU‑FSU‑teamet samarbeide med forskere fra University of Kentucky, University at Buffalo, Georgia Tech og industripartnere, som kunngjort av IZEA for to og et halvt år siden.

Nå har samarbeidet tatt tak i mangelen på et helhetlig system ved å bygge et skalerbart og omfattende hydrogenbasert fremdriftssystem for fremtidige fly.

Prosjektet starter med kortdistanse regionale flyvninger for å vurdere den kortsiktige gjennomførbarheten av luftfart drevet av flytende hydrogen. Fokus er her på et prototypefly med en blended wing body‑konfigurasjon, som kan frakte 100 passasjerer.

Det hybrid‑elektriske flyet henter kraft fra både hydrogenbrenselceller og høytemperatur‑superledende (HTS) elektriske generatorer, som drives av forbrenningsturbiner med hydrogen som drivstoff.

Brenselceller gir en løsning for å unngå NOx‑utslipp og kondensstrømmer, og er derfor grunnen til at organisasjoner som Airbus og CHEETA også undersøker fly drevet av brenselceller. Problemet med dagens stabler av brenselceller er imidlertid at de er ekstremt klumpete, noe som gjør det vanskelig å forsyne et stort fly med kraft gjennom alle faser, spesielt under start. Som en løsning på dette problemet introduserte teamet en dobbel kraftkilde.

Brenselceller brukes under lavlastforhold, som taxiering og cruise, med en maksimal effekt på omtrent 6,8 MW. Samtidig leverer hydrogen‑turbindrevne superledende generatorer den ekstra kraften (9,4 MW) som trengs under start. Denne kombinasjonen gir en total toppkraft på 16,2 MW og øker robustheten ved å tilby kraftredundans.

For å takle tetthetsutfordringen, da hydrogen er mindre tett og dermed tar opp mye plass med mindre det lagres ved -253 °C som en superkald væske, designet forskerne kryogene tanker og tilhørende undersystemer ved bruk av en ny gravimetrisk indeks.

Indeksen er forholdet mellom drivstoffmassen og hele drivstoffsystemet, men teamets indeks inkluderer massen av hydrogenbrensel, tankstruktur, varmevekslere, isolasjon, arbeidsvæsker og sirkulasjonsinnretninger.

For å finne konfigurasjonen som gir maksimal drivstoffmasse i forhold til total systemmasse, fortsatte forskerne å justere nøkkelparametere som ventilttrykk og dimensjoner på varmevekslere til de fant den optimale.

Den ideelle utformingen oppnådde en gravimetrisk indeks på 0,62. Dette betyr at 62 % av systemets totale vekt er brukbart hydrogenbrensel, noe som representerer en betydelig forbedring sammenlignet med konvensjonelle design.

For termisk styring, den andre nøkkelfunksjonen i systemet, installerte forskerne ikke et eget kjølesystem, men førte den ekstremt kalde hydrogen gjennom varmevekslere. Disse vekslere, arrangert i en trinnvis sekvens, fjerner bortkastet varme fra komponenter som kabler, motorer, superledende generatorer og kraft‑elektronikk. Absorberingen av denne varmen øker gradvis temperaturen på hydrogen.

Optimalisering av hydrogenlevering og termisk styring i flyvning

Når det gjelder levering av flytende hydrogen gjennom hele flyet, medfører det egne utfordringer. For eksempel tilfører pumper ikke bare ekstra vekt, men også kompleksitet til systemet og kan generere uønsket varme under kryogene forhold.

For å overvinne disse utfordringene utviklet teamet et pumpefritt system som bruker tanktrykk til å kontrollere flyten av hydrogenbrensel.

Trykket økes ved å injisere hydrogengass fra en vanlig høytrykksylinder og reduseres ved å ventilere hydrogengass. For sanntidsjustering av trykket kobler en tilbakemeldingssløyfe trykksensorer til flyets kraftbehov, noe som sikrer nøyaktig hydrogenflyt gjennom alle flyfaser.

Systemet, ifølge simuleringene, er i stand til å levere hydrogen med hastigheter på opptil 0,25 kilogram per sekund. Denne leveringsraten er tilstrekkelig for å dekke det 16,2‑megawatt elektriske behovet under start eller i en nødsituasjon hvor flyet må gå rundt.

Med varmevekslere organisert i sekvensiell rekkefølge, når hydrogen beveger seg gjennom systemet, kjøler gassen først komponenter som opererer ved kryogene temperaturer, som kabler og HTS‑generatorer. Deretter absorberer den varme fra høyere temperaturkomponenter, som motorer og kraft‑elektronikk. Til slutt, før hydrogen når brenselcellene, forvarmes den for å matche de optimale forholdene ved brenselcelleinntaket.

Det er denne trinnvise termiske integrasjonen som gjør at flytende hydrogen kan brukes både som drivstoff og kjølemiddel, og dermed maksimerer systemets effektivitet samtidig som hardware‑kompleksiteten reduseres.

“Tidligere var folk usikre på hvordan man effektivt kan flytte flytende hydrogen i et fly og om man også kunne bruke det til å kjøle ned kraftsystemkomponentene. Ikke bare viste vi at det er gjennomførbart, men vi demonstrerte også at man må gjøre en systemnivå‑optimalisering for denne type design.”

– Guo

Fokuset i studien her var på designoptimalisering og system‑simulering. I neste steg vil forskerne gjennomføre eksperimentell validering. Til dette vil teamet bygge et prototype‑system og deretter utføre tester ved FSUs Center for Advanced Power Systems.

I sitt fremtidige arbeid vil forskerne også fokusere på designet av varmevekslerne, som finnes i hver sirkulasjonsløp og overfører varme fra komponentene til arbeidsvæsken. Den nåværende studien mangler detaljerte spesifikasjoner for materialet, størrelsen og de termiske egenskapene til disse komponentene.

Innovative strategier for termisk styring vil også være i fokus for å kjøle brenselcelletårnene og håndtere den betydelige varmegenereringen under drift. Disse fremskrittene, bemerket studien, er avgjørende for å finjustere den samlede termiske styringsarkitekturen og sikre praktisk implementering av nullutslippsluftfartsteknologier.

Investering i hydrogen‑drevne luftfartsteknologier

Når det gjelder investering i luftfartssektoren, tilbyr RTX en høy‑potensial mulighet. Verdens største romfarts‑ og forsvarsselskap er en kjernepartner i IZEA‑samarbeidet. Det har også omfattende FoU‑programmer som retter seg mot bærekraftige luftfartsteknologier, inkludert brenselcelle‑ og hydrogen‑drevne systemer.

RTX Corp. (RTX ) 

RTX opererer gjennom tre hovedsegmenter:

• Collins Aerospace leverer teknologisk avanserte romfarts‑ og forsvarsprodukter til kommersielle flyselskaper, sivile og militære flyprodusenter, samt romoperasjoner.
• Pratt & Whitney‑segmentet leverer flymotorer til militære, generelle og kommersielle kunder.
• Raytheon utvikler missiler, smarte våpen og avanserte luft‑ og missilforsvarsevner.

Gjennom Collins Aerospace‑ og Pratt & Whitney‑divisjonene er RTX aktivt involvert i utvikling og testing av hydrogen‑drevne fly og relaterte teknologier.

Dette inkluderer HySIITE‑programmet, som arbeider med å gjøre det mulig for luftfartsindustrien å bruke hydrogen i stor skala. Sponset av DOE’s Advanced Research Projects Agency‑Energy, er prosjektet optimalisert for flytende hydrogen og avsluttes i desember 2024. HySIITE‑oppsettet viste en 99,3 % reduksjon i NOx sammenlignet med en GTF‑motor og opptil 35 % forbedring i energieffektivitet.

Dens to andre prosjekter pågår imidlertid for å drive fremtiden for hydrogen i luftfart. Hydrogen Advanced Engine Study (HyADES), støttet av Canadas felles industri‑og‑regjeringsinitiativ INSAT, arbeider med å fremme bruk av hydrogen for turbopropfly. COCOLIH2T, på sin side, støttes av EU‑s Clean Hydrogen Joint Undertaking og utvikler en metode for lagring av drivstoff.

Når det gjelder Raytheons markedsytelse, har aksjene steget kraftig. Selskapets aksjer, med en markedsverdi på 183,64 milliarder dollar på tidspunktet for skrivingen, har handlet over 137,50 $, en ny rekord (ATH) og representerer år‑til‑dato (YTD) gevinster på 18,7 %.

Det har vært jevn vekst for RTX‑aksjer de siste tre tiårene. Aksjene er også opp omtrent 21 % siden aprilbunnene. Med dette er EPS (TTM) 3,41 og P/E (TTM) 40,31. Raytheon tilbyr også en attraktiv utbytteavkastning på 1,98 %.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte det sterk ytelse i første kvartal 2025 med en salgsøkning på 5 % fra året før til 20,3 milliarder dollar og justert EPS på 1,47 $. Raytheons driftskontantstrøm i denne perioden var 1,3 milliarder dollar, og fri kontantstrøm var 0,8 milliarder dollar, mens ordrereservasjonen er 217 milliarder dollar, inkludert 92 milliarder dollar i forsvar og 125 milliarder dollar i kommersielt.

“Vi har en sterk start på 2025. Det nåværende miljøet er tydeligvis svært dynamisk, men vårt selskap er godt posisjonert for å levere operasjonelt, og teamene våre er fortsatt fokusert på å gjennomføre våre forpliktelser og levere vår robuste ordrereservasjon.”

– RTX President and CEO Chris Calio

For hele 2025 projiserer selskapet justerte salg mellom 83‑84 milliarder dollar, justert EPS mellom 6,00 $ og 6,15 $, og fri kontantstrøm på 7‑7,5 milliarder dollar, samtidig som det bemerkes at disse estimatene ikke dekker virkningen av de nylig innførte tollene.

Midt i alt dette ble selskapet tildelt en kontrakt på 536 millioner dollar fra den amerikanske marinen denne uken for SPY‑6‑familien av radars, som nå er installert på to av deres skip, med tre til klare for installasjon. I løpet av det neste tiåret vil radars bli distribuert på mer enn 60 amerikanske marineskip.

Som en del av kontrakten vil Raytheon gi fortsatt støtte gjennom opplæring, installasjon, integrasjon og testing, i tillegg til programvareoppgraderinger for å forbedre radarens evner.

“SPY‑6 er den mest avanserte radaren i den amerikanske marineflåten, og gir skipene et nytt forsvarsnivå mot utviklende trusler.”

– Barbara Borgonovi, president for Naval Power hos Raytheon.

Den 13. AN/TPY‑2 missilforsvarsradaren er også levert til den amerikanske Missile Defense Agency, og markerer den første enheten med et fullt GaN‑basert array, noe som betydelig forbedrer systemets følsomhet og ytelse.

Et kontrakt på 1,1 milliarder dollar er også sikret av selskapet for produksjon og levering av AIM‑9X Sidewinder‑missiler. Med denne tildelingen fortsetter Raytheon sin langsiktige støtte til Sidewinder‑programmet, et verdensomspennende mye brukt kortdistanse‑missilsystem.

Klikk her for en liste over topp luft- og forsvarsselskaper.

Siste RTX Corp. (RTX) aksjenyheter og utviklinger

Avsluttende tanker: Hydrogenens rolle i bærekraftig luftfart

Luftfartssektoren vokser raskt og bidrar til global økonomisk og sosial utvikling, men samtidig skaper den et presserende behov for å takle problemet med karbon- og kondensstrømsutslipp. Her har hydrogen, med sin høye spesifikke kjemiske energi, fremstått som et lovende rent drivstoffalternativ.

Med dette i tankene presenterer den siste studien en omfattende ramme for design og optimalisering av et lagringssystem for flytende hydrogen, termisk styring og overføringskontroll, og demonstrerer dets potensial til å fremme effektive og bærekraftige luftfartsteknologier.

Ved å utnytte hydrogenens positive innvirkning på klimaendringer og luftkvalitet, har luftfartsindustrien nå en levedyktig vei for å redusere sitt karbonavtrykk, og baner vei for en fremtid hvor langdistanse reiser ikke lenger går på bekostning av planeten.

Klikk her for de siste luftfartsinnovasjonene som baner vei for neste generasjons flyvning.

Studier referert:

^{1. Virdi, P. S., Guo, W., Cattafesta, L. N. III, Cheetham, P., Cooley, L., Gladin, J. C., He, J., Kim, C., Li, H., Ordonez, J., Pamidi, S., & Zheng, J.-P. (2025). Lagring av flytende hydrogen, termisk styring og overføringskontrollsystem for integrert nullutslippsluftfart (IZEA). Applied Energy, 355, 126054. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126054}