Nasusukat na Sistema ng Hydrogen na Nagpapahintulot ng Walang Emisyon na Paglipad

Ang mobilidad ay mahalagang bahagi ng ating pang-araw-araw na buhay, at ang aviation ay isang pangunahing sangkap ng kakayahang ito na maglakbay mula sa isang lugar patungo sa iba pa nang mabilis.

Sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa mga tao at kalakal na maglakbay ng milya sa loob ng ilang oras, ang industriya ng aviation ay nag-uugnay ng mga tao na hindi magagawa ng ibang paraan ng transportasyon. Ginagawa nitong mahalagang kontribyutor sa pandaigdigang ekonomiya, na kumakatawan sa 3.5% ng kabuuang produkto ng bansa (GDP) ng mundo. 

Ang industriya ay sumusuporta rin sa kabuuang 86.5 milyong trabaho sa buong mundo, na may tinatayang laki ng merkado ng pandaigdigang industriya ng airline na humihigit sa $760 bilyon.

Kapansin-pansin, inaasahang makakakarga ang mga airline sa buong mundo ng humigit-kumulang 9.5 billion passengers noong 2024, na kumakatawan sa 104% na pagtaas mula sa antas noong 2019 at 9% na pagtaas mula 2023, ayon sa ACI World. Inaasahang lalong mapabilis ang paglago na ito, na ang pandaigdigang trapiko ng pasahero ay aabot sa 19.5 bilyon pagsapit ng 2042.

Ang industriya ng aviation ay malinaw na lumalawak, at ang kinabukasan nito ay talagang maliwanag. Gayunpaman, ito rin ay nag-aambag sa mga greenhouse gas (GHG) emissions nang malaki.

Bagaman ang aviation ay kumakatawan sa medyo maliit na bahagi ng pandaigdigang emisyon na 2.5%, ito ay lumago nang mas mabilis kaysa sa riles, kalsada, o pagpapadala mula 2000 hanggang 2019. Ang pagtaas ng pangangailangan para sa internasyonal na paglalakbay pagkatapos ng pandemya ng Covid-19 ay talagang nagdala sa emisyon ng aviation na umabot sa halos 950 Mt CO2.

Hindi lamang mabilis na tumataas ang mga emisyon ng aviation, kundi isa rin ito sa mga pinaka-hirap i-decarbonize na sektor, na nagdudulot ng kritikal na hamon sa kapaligiran.

Bilang resulta, ang pokus ng industriya ay kasalukuyang nakatuon sa pag-decarbonize ng mga operasyon nito at pagtamo ng layuning Net Zero, na kinabibilangan ng pagbawas ng CO2 emissions sa antas na kayang sumipsip ng kalikasan pagsapit ng 2050.

Pagbubukas ng Pangako ng Hydrogen para sa Walang Emisyon na Aviation

Dahil ang aviation ay nag-aambag ng makabuluhang bahagi ng pandaigdigang carbon dioxide at contrail emissions, nagiging napakahalaga na bumuo ng mga advanced at komprehensibong solusyon upang matugunan ang mga layunin ng industriya sa klima. 

Isang pangakong solusyon ay ang hydrogen, ang pinakamagaan at pinaka-abundant na elementong kemikal sa uniberso, na bumubuo ng halos 75% ng lahat ng normal na materya.

Ang elementong kemikal na ito ay lumitaw bilang isang popular at mahalagang kasangkapan sa pag-decarbonize dahil sa malinis nitong pagsunog. Ito ay isang malinis na nasusunog na fuel dahil tanging singaw ng tubig lamang ang nalilikha bilang byproduct kapag nasunog.

Higit pa rito, ang gravimetric energy density, o ang enerhiyang magagamit kada yunit ng masa ng isang substansiya, ng hydrogen ay humigit-kumulang 2.8 beses na mas mataas kaysa sa tradisyonal na aviation fuel na kerosene. Ang hydrogen ay talagang may pinakamataas na gravimetric energy density sa lahat ng kilalang substansiya, i.e., ~120 kJ/g. Sa kabilang banda, ang jet fuel na batay sa kerosene ay may energy density na katumbas ng 43 MJ/kg.

Gayunpaman, ang hydrogen ay may mababang densidad sa ambient na kondisyon, i.e., 0.08 kg/m3. Nagdudulot ito ng malalaking hamon sa pag-iimbak, lalo na para sa mga long-haul na paglipad.

Isang praktikal na alternatibo dito ay ang pag-iimbak ng walang kulay, walang amoy, at walang lasa na gas sa likidong anyo sa 20 K. Ang anyong ito ay nagpapataas ng densidad ng hydrogen sa 휌퐿퐻2 = 70.8 kg/m³, na naging solusyon para sa mga aplikasyon sa aviation.

Ang mga kumpanya ay nagsuri rin ng iba’t ibang aspeto ng integrasyon ng likidong hydrogen (LH2) sa mga eroplano, kabilang ang thermal management, mga mekanismo ng kontrol ng presyon, mga estratehiya sa insulasyon, at disenyo ng cryogenic na tangke.

Gayunpaman, ang isang holistic na sistema na nag-iintegrate ng pag-iimbak ng LH2, thermal management, at kontrol ng paglipat sa isang anyo na maaaring i-scale sa disenyo ng eroplano ay nananatiling hindi pa napag-aaralan nang lubusan.

Kaya, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa FAMU-FSU College of Engineering, na isang pinagsamang kolehiyo ng engineering ng Florida A&M University at Florida State University, ay nagdisenyo ng isang sistema ng pag-iimbak at paghahatid ng likidong hydrogen na makakatulong sa industriya ng aviation na matupad ang layuning zero-emission.  

Sa suporta ng NASA, inilatag ng pag-aaral ang isang scalable, integrated na sistema na tumutugon sa maraming hamon sa engineering sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa paggamit ng hydrogen bilang malinis na fuel. Ginagamit din ito bilang built-in na cooling medium para sa mga kritikal na power system sa mga electric-powered na eroplano. 

Ipinakita ng pangkat na ang likidong hydrogen ay maaaring i-imbak nang epektibo, ilipat nang ligtas, at gamitin upang palamigin ang mga kritikal na onboard system habang sinusuportahan ang pangangailangan sa power ng eroplano sa mga yugto ng takeoff, cruising, at paglapag.

“Ang aming layunin ay lumikha ng isang solong sistema na humahawak ng maraming kritikal na gawain: pag-iimbak ng fuel, pagpapalamig, at kontrol sa paghahatid. Ang disenyo na ito ay naglalatag ng pundasyon para sa mga tunay na hydrogen aviation system.”

Hybrid-Electric na Eroplano na Gamit ang Hydrogen: Scalable na Solusyon sa Propulsion

Inilathala sa Applied Energy¹, ang pag-aaral ay nagsasagawa ng gawain na bawasan ang carbon at contrail emissions ng industriya ng aviation, na mga pangunahing kontribyutor sa pagbabago ng klima, sa pamamagitan ng pagmumungkahi ng isang makabagong disenyo para sa isang sistema na nag-iimbak ng likidong hydrogen, thermal management, at kontrol sa paglipat, na iniangkop para sa Integrated Zero Emission Aviation (IZEA). 

Ang IZEA ay isang kolaborasyon ng akademya at industriya na naglalayong makamit ang zero greenhouse gas emissions mula sa komersyal na aviation. Kabilang sa mga industriyal na kasosyo ang Raytheon Technologies, Boeing, at Advanced Magnet Laboratories.

Partikular, sinusuri ng kolaborasyong ito ang hybrid power production sa pamamagitan ng kombinasyon ng fuel cells at turboelectric generators, na gumagamit ng hydrogen kasama ang concentrated oxygen o ambient air.

Layunin ng IZEA na alamin kung paano gamitin ang likidong hydrogen bilang fuel pati na rin pataasin ang kahusayan at kapangyarihan nang hindi dinadagdagan ang bigat.

Sila ay pinili ang FAMU-FSU College of Engineering upang tumulong sa pag-develop ng sustainable aviation system noong huling bahagi ng 2022, bilang bahagi ng limang-taong, $10 milyong proyekto.

Upang matupad ang pambansang agenda para sa mga energy system at komersyal na propulsion ng eroplano upang bawasan ang mapaminsalang emissions ng industriya ng aviation, ang pangkat ng FAMU-FSU ay makikipagtulungan sa mga mananaliksik mula sa University of Kentucky, University at Buffalo, Georgia Tech, at mga industriyal na kasosyo, ayon sa anunsyo ng IZEA dalawang at kalahating taon na ang nakalipas.

Ngayon, tinugunan ng kolaborasyon ang kakulangan ng isang holistic na sistema sa pamamagitan ng pagbuo ng isang scalable at komprehensibong hydrogen-based propulsion system para sa mga hinaharap na eroplano. 

Nagsisimula ang proyekto sa mga maikling distansyang regional flight upang tasahin ang near-term feasibility ng aviation na pinapagana ng likidong hydrogen. Ang pokus dito ay sa isang prototype na eroplano na may blended wing body configuration, na maaaring magdala ng 100 pasahero.

Ang hybrid-electric na eroplano ay kumukuha ng power mula sa parehong hydrogen fuel cells at high-temperature superconducting (HTS) electric generators, na pinapagana ng combustion turbines na gumagamit ng hydrogen.

Nag-aalok ang fuel cells ng solusyon upang maiwasan ang NOx emissions at contrails, kaya’t ang mga organisasyon tulad ng Airbus at CHEETA ay nag-aaral din ng mga eroplano na pinapagana ng fuel cells. Gayunpaman, ang problema sa kasalukuyang mga stack ng fuel cells ay napakalaki, na nagpapahirap sa pagpapagana ng malaking eroplano sa iba’t ibang yugto, lalo na sa takeoff. Bilang solusyon sa problemang ito, ipinakilala ng pangkat ang dual power source. 

Ang mga fuel cell ay ginagamit sa mga kondisyon ng mababang load, tulad ng taxiing at cruising, na may maximum power na humigit-kumulang 6.8 MW. Samantala, ang hydrogen turbine-driven superconducting generators ay nagbibigay ng karagdagang power (9.4 MW) na kailangan sa takeoff. Ang kombinasyong ito ay nagdadala ng kabuuang power na 16.2 MW peak at nagpapahusay ng resiliency sa pamamagitan ng power redundancy.

Upang harapin ang hamon ng densidad, dahil ang hydrogen ay mas mababa ang densidad at kumukuha ng maraming espasyo maliban kung ito ay iniimbak sa -253°C bilang super-cold na likido, dinisenyo ng mga mananaliksik ang cryogenic tanks at mga kaugnay na subsystem gamit ang isang bagong gravimetric index.

Ang index ay ang ratio ng mass ng fuel sa kabuuang fuel system, ngunit ang index ng pangkat ay kinabibilangan ng mass ng hydrogen fuel, istruktura ng tangke, heat exchangers, insulation, working fluids, at circulatory devices.

Upang mahanap ang configuration na nagbibigay ng pinakamataas na fuel mass kumpara sa kabuuang mass ng sistema, patuloy na inadjust ng mga mananaliksik ang mga pangunahing parameter tulad ng vent pressure at sukat ng heat exchanger hanggang sa nahanap nila ang optimal.

Ang ideal na layout ay nakamit ang gravimetric index na 0.62. Ibig sabihin, 62% ng kabuuang timbang ng sistema ay magagamit na hydrogen fuel, na kumakatawan sa malaking pagbuti kumpara sa tradisyonal na disenyo.

Para sa thermal management, ang isa pang pangunahing tungkulin ng sistema, hindi nag-install ang mga mananaliksik ng hiwalay na cooling system kundi nag-route ng napakalamig na hydrogen sa pamamagitan ng heat exchangers. Ang mga exchangers na ito, na inayos sa isang staged sequence, ay nag-aalis ng nasayang na init mula sa mga komponent tulad ng cables, motors, superconducting generators, at power electronics. Ang pagsipsip ng init na ito ay unti-unting nagpapataas ng temperatura ng hydrogen.

Pag-optimize ng Paghahatid ng Hydrogen at Thermal Management sa Paglipad

Pagdating sa paghahatid ng likidong hydrogen sa buong eroplano, may sarili itong mga hamon. Halimbawa, ang mga pump ay nagdadala hindi lamang ng dagdag na bigat kundi pati ng komplikasyon sa sistema at maaaring magdulot ng hindi kanais-nais na init sa ilalim ng cryogenic na kondisyon. 

Upang malampasan ang mga hamong ito, nag-develop ang pangkat ng isang pump-free na sistema na gumagamit ng presyon ng tangke upang kontrolin ang daloy ng hydrogen fuel. 

Ang presyon ay pinapataas sa pamamagitan ng pag-inject ng hydrogen gas mula sa karaniwang high-pressure cylinder at binababa sa pamamagitan ng pag-vent ng hydrogen vapor. Para sa real-time na pag-aayos ng presyon, isang feedback loop ang nag-uugnay ng pressure sensors sa power demands ng eroplano, na nagsisiguro ng tumpak na rate ng daloy ng hydrogen sa lahat ng yugto ng paglipad. 

Ayon sa mga simulation, ang sistema ay kayang maghatid ng hydrogen sa rate na hanggang 0.25 kilogramo kada segundo. Ang rate na ito ay sapat upang matugunan ang 16.2-megawatt na electrical demand sa takeoff o sa kaso ng emergency, kung kailan kailangang mag‑go‑around ang eroplano.

Sa mga heat exchange na inayos nang sunud-sunod, habang ang hydrogen ay dumadaloy sa sistema, unang pinapalamig ng gas ang mga komponent na nagpapatakbo sa cryogenic na temperatura, tulad ng cables at HTS generators. Pagkatapos, sinisipsip nito ang init mula sa mga komponent na mas mataas ang temperatura, tulad ng motors at power electronics. Sa huli, bago makarating ang hydrogen sa fuel cells, ito ay preheated upang tumugma sa optimal na kondisyon ng inlet ng fuel cell.

Ang staged thermal integration na ito ang nagbibigay-daan sa likidong hydrogen na magamit bilang parehong fuel at coolant, kaya’t pinapamaximize ang kahusayan ng sistema habang binabawasan ang komplikasyon ng hardware.

“Dati, hindi sigurado ang mga tao kung paano epektibong ilipat ang likidong hydrogen sa isang eroplano at kung maaari rin itong gamitin upang palamigin ang power system component. Hindi lamang namin pinakita na ito ay posible, kundi ipinakita rin naming kailangan ng system-level optimization para sa ganitong uri ng disenyo.”

– Guo

Ang pokus ng pag-aaral dito ay sa design optimization at system simulation. Sa susunod na hakbang, magsasagawa ang mga mananaliksik ng experimental validation. Para dito, magtatayo ang pangkat ng prototype system at magsasagawa ng mga pagsubok sa Center for Advanced Power Systems ng FSU.

Sa kanilang mga susunod na gawain, tututukan din ng mga mananaliksik ang disenyo ng mga heat exchangers, na naroroon sa bawat circulation loop, at naglilipat ng init mula sa mga komponent papunta sa working fluid. Ang kasalukuyang pag-aaral ay kulang sa detalyadong espesipikasyon para sa materyal, sukat, at thermal properties ng mga komponent na ito.

Ang mga makabagong estratehiya sa thermal management ay magiging pokus din upang palamigin ang fuel cell stacks at tugunan ang malaking pagbuo ng init sa operasyon. Ang mga pag-unlad na ito, ayon sa pag-aaral, ay kritikal sa pagpapahusay ng kabuuang arkitektura ng thermal management at pagtiyak ng praktikal na pagpapatupad ng zero-emission aviation technologies.

Pamumuhunan sa mga Teknolohiyang Aviation na Pinapagana ng Hydrogen

Pagdating sa pamumuhunan sa sektor ng aviation, ang RTX (RTX ) ay nag-aalok ng mataas na potensyal na oportunidad. Ang pinakamalaking aerospace at defense company sa mundo ay pangunahing kasosyo sa industriya sa kolaborasyong IZEA. Mayroon din itong malawak na mga programa sa R&D na nagtatarget sa mga teknolohiyang sustainable aviation, kabilang ang fuel cell at mga sistemang pinapagana ng hydrogen.

RTX Corp. (RTX ) 

Ang RTX ay nag-ooperate sa tatlong pangunahing segment:

• Nagbibigay ang Collins Aerospace ng teknolohikal na advanced na aerospace at defense products sa mga komersyal na airline, mga civil at military aircraft manufacturers, at mga space operations.
• Ang segment ng Pratt & Whitney ay nag-susupply ng mga aircraft engine sa mga military, general, at commercial na customer.
• Ang Raytheon ay nagde-develop ng mga missile, smart weapons, at advanced na kakayahan sa air at missile defense.

Sa pamamagitan ng mga dibisyon ng Collins Aerospace at Pratt & Whitney, aktibong nakikibahagi ang RTX sa pag-develop at testing ng mga hydrogen-powered na eroplano at mga kaugnay na teknolohiya.

Kabilang dito ang programang HySIITE, na nagtatrabaho upang payagan ang industriya ng aviation na gamitin ang hydrogen sa malakihang sukat. Pinondohan ng Advanced Research Projects Agency‑Energy ng DOE, ang proyekto ay naka‑optimize para sa likidong hydrogen at natapos noong Disyembre 2024. Ipinakita ng HySIITE rig tests ang 99.3% na pagbawas sa NOx kumpara sa GTF engine at hanggang 35% na pagtaas sa energy efficiency.

Samantala, ang dalawang iba pang proyekto nito ay patuloy na nagpapatakbo upang itulak ang hinaharap ng hydrogen sa aviation. Ang Hydrogen Advanced Engine Study (HyADES), na sinusuportahan ng joint industry‑government initiative ng Canada na INSAT, ay nagtatrabaho sa pagpapabuti ng paggamit ng hydrogen para sa turboprop aircraft. Ang COCOLIH2T, naman, ay sinusuportahan ng Clean Hydrogen Joint Undertaking ng EU at nagde‑develop ng paraan upang mag‑imbak ng fuel.

Pagdating sa performance ng merkado ng Raytheon, ang mga stock nito ay patuloy na lumilipad. Ang mga shares ng kumpanya, na may market capitalization na $183.64 bilyon sa oras ng pagsulat, ay nagte‑trade sa itaas ng $137.50, isang bagong all‑time high (ATH) at kumakatawan sa year‑to‑date (YTD) gains na 18.7%.

May patuloy na paglago ang mga shares ng RTX sa nakaraang tatlong dekada. Ang mga shares ay tumaas din ng halos 21% mula noong Abril na pinakamababa. Kasabay nito, ang EPS (TTM) ay 3.41 at ang P/E (TTM) ay 40.31. Nag-aalok din ang Raytheon ng kaakit‑akit na dividend yield na 1.98%.

Tungkol sa pananalapi ng kumpanya, iniulat nito ang malakas na performance sa unang quarter ng 2025 na may pagtaas ng benta ng 5% mula sa nakaraang taon sa $20.3 bilyon at adjusted EPS na $1.47. Ang operating cash flow ng Raytheon sa panahong ito ay $1.3 bilyon, at ang free cash flow ay $0.8 bilyon, habang ang backlog ay $217 bilyon, kabilang ang $92 bilyon sa defense at $125 bilyon sa commercial.

“Nagsimula kami nang malakas sa 2025. Ang kasalukuyang kapaligiran ay malinaw na napaka‑dynamic, ngunit ang aming kumpanya ay mahusay na nakaposisyon upang mag‑perform operationally at ang aming mga koponan ay patuloy na nakatuon sa pagpapatupad ng aming mga pangako at paghahatid ng aming robust backlog.”

– RTX President and CEO Chris Calio

Para sa buong 2025, inaasahan ng kumpanya na ang adjusted sales ay nasa pagitan ng $83‑$84.0 bilyon, ang adjusted EPS ay nasa pagitan ng $6.00 at $6.15, at ang free cash flow ay $7‑$7.5 bilyon habang binibigyang‑pansin na ang mga pagtatantiyang ito ay hindi kinikilala ang epekto ng kamakailang ipinataw na taripa.

Sa gitna ng lahat ng ito, ang kumpanya ay nagkamit ng $536 milyong kontrata mula sa U.S. Navy nitong linggo para sa SPY-6 family ng radars, na ngayon ay naka‑install na sa dalawang barko nila, at tatlo pang handa nang i‑install. Sa susunod na dekada, ang mga radar ay ide‑deploy sa higit sa 60 barko ng U.S. Navy.

Bilang bahagi ng kontrata, magbibigay ang Raytheon ng patuloy na suporta sa pamamagitan ng training, installation, integration, at testing, pati na rin ng mga software upgrade upang mapabuti ang kakayahan ng radar.

“Ang SPY-6 ay ang pinaka‑advanced na radar sa U.S. naval fleet, na nagbibigay sa mga barko ng bagong antas ng depensa laban sa umuusbong na mga banta.”

– Barbara Borgonovi, president of Naval Power at Raytheon.

Ang ika‑13 na AN/TPY-2 missile defense radar ay naipadala rin sa U.S. Missile Defense Agency, na nagmamarka ng unang unit na may ganap na GaN‑based array, na malaki ang nagpapabuti sa sensitivity at performance ng sistema.

Nakuha rin ng kumpanya ang $1.1 bilyong kontrata para sa paggawa at paghahatid ng AIM‑9X Sidewinder missiles. Sa pamamagitan ng gantimpalang ito, patuloy na sinusuportahan ng Raytheon ang programang Sidewinder, isang malawak na ginagamit na short‑range missile system sa buong mundo.

I‑click dito para sa listahan ng mga nangungunang aerospace at defence stocks.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad sa Stock ng RTX Corp. (RTX)

Pangwakas na Pag-iisip: Ang Papel ng Hydrogen sa Sustainable Aviation

Ang sektor ng aviation ay mabilis na lumalaki at nag-aambag sa pandaigdigang ekonomikong at sosyal na pag‑unlad, ngunit kasabay nito ay lumilikha ng agarang pangangailangan na tugunan ang problema ng carbon at contrail emissions. Dito, ang hydrogen, na may mataas na specific chemical energy, ay lumitaw bilang isang pangakong malinis na alternatibong fuel.

Sa pag‑isip nito, inilahad ng pinakabagong pag-aaral ang isang komprehensibong balangkas para sa pagdidisenyo at pag‑optimize ng isang sistema ng pag‑iimbak ng likidong hydrogen, thermal management, at transfer‑control, na nagpapakita ng potensyal nito upang itaguyod ang epektibo at sustainable na teknolohiyang aviation.

Sa pamamagitan ng pag‑leverage sa positibong epekto ng hydrogen sa pagbabago ng klima at kalidad ng hangin, ngayon ay may viable na landas ang industriya ng aviation upang bawasan ang carbon footprint nito, na nagbubukas ng daan para sa isang hinaharap kung saan ang long‑distance travel ay hindi na nagdudulot ng pinsala sa planeta.

I‑click dito para sa pinakabagong aerospace innovations na nagbubukas ng daan para sa susunod na henerasyon ng paglipad.

Mga Sanggunian na Binanggit:

^{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). Liquid hydrogen storage, thermal management, and transfer-control system for integrated zero emission aviation (IZEA). Applied Energy, 355, 126054. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126054}