Ölçeklenebilir Hidrojen Sistemi Sıfır Emisyonlu Uçuşu Sağlıyor

Mobilite, günlük yaşamımızın hayati bir parçasıdır ve havacılık, bir yerden bir yere hızlı bir şekilde seyahat etme yeteneğinin temel bir bileşenidir.

İnsanların ve malların birkaç saat içinde uzun mesafeler kat etmesini sağlayarak, havacılık sektörü insanları diğer hiçbir ulaşım şekli gibi bağlayamaz. Bu da onu küresel ekonomiye önemli bir katkı yapan, dünya gayri safi yurt içi hasılasının %3,5’ini oluşturan bir sektör haline getirir.

Sektör ayrıca dünya çapında 86,5 milyon istihdamı desteklemekte ve küresel havayolu endüstrisinin pazar büyüklüğünün 760 milyar doların üzerinde olduğu tahmin edilmektedir.

Özellikle, dünya genelindeki havayollarının 2024 yılında yaklaşık 9.5 billion passengers taşıması bekleniyor; bu, 2019 seviyelerinden %104 artış ve 2023’ten %9 artış anlamına geliyor (ACI World’a göre). Bu büyümenin daha da hızlanması bekleniyor ve küresel yolcu trafiğinin 2042 yılına kadar 19,5 billion’a ulaşması öngörülüyor.

Havacılık sektörü açıkça genişliyor ve geleceği gerçekten parlak. Bununla birlikte, önemli ölçüde sera gazı (GHG) emisyonlarına da katkıda bulunuyor.

Havacılık, küresel emisyonların nispeten küçük bir kısmını (%2.5) oluştururken, 2000 ile 2019 arasında demiryolu, karayolu veya deniz taşımacılığından daha hızlı büyüdü. Covid-19 pandemisinden sonraki uluslararası seyahat talebindeki artış, havacılık emisyonlarının neredeyse 950 Mt CO2’ye ulaşmasına neden oldu.

Havacılık emisyonları sadece hızlı bir şekilde artmakla kalmıyor, aynı zamanda karbon ayak izini azaltmak en zor sektörlerden biri olarak kritik bir çevresel zorluk oluşturuyor.

Sonuç olarak, sektör şu anda operasyonlarını karbondan arındırmaya ve 2050 yılına kadar doğanın emebileceği bir seviyeye CO2 emisyonlarını düşürmeyi hedefleyen Net Sıfır hedefine ulaşmaya odaklanıyor.

Unlocking Hydrogen’s Promise for Emission-Free Aviation

Havacılık, küresel karbondioksit ve kontrail emisyonlarının önemli bir kısmını oluşturduğundan, sektörün iklim hedeflerine ulaşması için gelişmiş ve kapsamlı çözümler geliştirmek son derece önemli hale geliyor.

Umduğumuz bir çözüm, evrendeki en hafif ve en bol kimyasal element olan hidrojen; tüm normal maddenin yaklaşık %75’ini oluşturur.

Bu kimyasal element, temiz yanması sayesinde popüler ve değerli bir karbon azaltma aracı haline geldi. Yanma sırasında sadece su buharı yan ürün olarak ürettiği için temiz yanmalı bir yakıttır.

Ayrıca, bir maddenin birim kütle başına mevcut enerji olan kütleye özgü enerji yoğunluğu açısından hidrojen, geleneksel havacılık yakıtı olan kerosenin yaklaşık 2.8 katı daha yüksektir. Hidrojen, bilinen tüm maddeler arasında en yüksek kütleye özgü enerji yoğunluğuna sahiptir; yaklaşık 120 kJ/g. Buna karşılık, kerosen bazlı jet yakıtının enerji yoğunluğu 43 MJ/kg’dir.

Bununla birlikte, hidrojenin ortam koşullarında düşük bir yoğunluğu vardır; yani 0.08 kg/m³. Bu, özellikle uzun menzilli uçuşlar için büyük depolama zorlukları yaratmaktadır.

Buna pratik bir alternatif, renksiz, kokusuz ve tatsız gazı 20 K’de sıvı formda depolamaktır. Bu form, hidrojenin yoğunluğunu 휌퐿퐻2 = 70.8 kg/m³’ye yükselterek havacılık uygulamaları için bir çözüm ortaya koymuştur.

Şirketler ayrıca sıvı hidrojen (LH2) entegrasyonunun uçaklarda termal yönetim, basınç kontrol mekanizmaları, yalıtım stratejileri ve kriyojenik tank tasarımı gibi çeşitli yönlerini araştırdı.

Bununla birlikte, LH2 depolama, termal yönetim ve transfer kontrolünü uçak tasarımına ölçeklenebilir bir biçimde bütünleştiren bütünsel bir sistem hâlâ yeterince incelenmemiştir.

Bu nedenle, Florida A&M Üniversitesi ve Florida State Üniversitesi’nin ortak mühendislik fakültesi olan FAMU-FSU Mühendislik Fakültesi’nden bir araştırmacı ekibi, havacılık sektörünün sıfır emisyon hedefine ulaşmasına yardımcı olabilecek bir sıvı hidrojen depolama ve teslimat sistemi tasarladı.

NASA desteğiyle, çalışma hidrojenin temiz bir yakıt olarak kullanılmasını sağlayarak çoklu mühendislik zorluklarını ele alan ölçeklenebilir, bütünleşik bir sistem ortaya koydu. Ayrıca, elektrikli uçaklarda kritik güç sistemleri için yerleşik bir soğutma ortamı olarak da kullanılmaktadır.

Ekip, sıvı hidrojenin verimli bir şekilde depolanabildiğini, güvenli bir şekilde transfer edilebildiğini ve uçuşun kalkış, seyir ve iniş aşamalarında uçak güç taleplerini desteklerken kritik yerleşik sistemleri soğutmak için kullanılabildiğini gösterdi.

“Amacımız, yakıt depolama, soğutma ve teslim kontrolü gibi birden fazla kritik görevi yöneten tek bir sistem yaratmaktı. Bu tasarım, gerçek dünyada hidrojen havacılık sistemleri için temeli atıyor.”

Hydrogen Hybrid-Electric Aircraft: Scalable Propulsion Solution

Applied Energy dergisinde yayımlanan bu çalışma, havacılık endüstrisinin iklim değişikliğine önemli katkı sağlayan karbon ve kontrail emisyonlarını azaltma görevini üstlenerek, Entegre Sıfır Emisyonlu Havacılık (IZEA) için özelleştirilmiş sıvı hidrojen depolama, termal yönetim ve transfer kontrol sistemi için yenilikçi bir tasarım önermektedir.

IZEA, ticari havacılıktan sıfır sera gazı emisyonu elde etmeyi amaçlayan akademi-endüstri iş birliğidir. Endüstri ortakları arasında Raytheon Technologies, Boeing ve Advanced Magnet Laboratories bulunmaktadır.

Özellikle, bu iş birliği, hidrojenin yoğunlaştırılmış oksijen ya da ortam havası ile kullanılmasını içeren yakıt hücreleri ve turboelektrik jeneratörlerin bir kombinasyonu yoluyla hibrit güç üretimini inceliyor.

IZEA’nın hedefi, sıvı hidrojenin yakıt olarak nasıl kullanılacağını ve ağırlığı artırmadan verimlilik ve gücü nasıl artıracağını belirlemektir.

2022’nin sonlarında, beş yıllık 10 milyon dolarlık projenin bir parçası olarak, sürdürülebilir havacılık sistemini geliştirmek için FAMU-FSU Mühendislik Fakültesi’ni seçtiler.

Havacılık endüstrisinin zararlı emisyonlarını azaltmak için enerji sistemleri ve ticari uçak itiş gücü konusundaki ulusal gündemi yerine getirmek amacıyla, FAMU-FSU ekibi, Kentucky Üniversitesi, Buffalo Üniversitesi, Georgia Tech ve endüstri ortaklarıyla, IZEA’nın iki buçuk yıl önce duyurulduğu gibi, birlikte çalışacak.

Şimdi, iş birliği, gelecekteki uçaklar için ölçeklenebilir ve kapsamlı bir hidrojen tabanlı itiş sistemi inşa ederek bütünsel bir sistem eksikliğini giderdi.

Proje, sıvı hidrojenle çalışan havacılığın yakın vadeli uygulanabilirliğini değerlendirmek için kısa mesafeli bölgesel uçuşlarla başlıyor. Buradaki odak, 100 yolcu taşıyabilen karışık kanat gövde konfigürasyonlu bir prototip uçaktır.

Hibrit-elektrikli uçak, hem hidrojen yakıt hücrelerinden hem de yüksek sıcaklıkta süperiletken (HTS) elektrik jeneratörlerinden güç alır; bu jeneratörler hidrojenle çalışan yanma türbinleri tarafından tahrik edilir.

Yakıt hücreleri, NOx emisyonlarını ve kontrail oluşumunu önlemek için bir çözüm sunar; bu nedenle Airbus ve CHEETA gibi kuruluşlar da yakıt hücreli uçakları inceliyor. Ancak mevcut yakıt hücresi yığınlarının çok büyük olması, özellikle kalkış sırasında büyük bir uçağı tüm aşamalarda güçlendirmeyi zorlaştırıyor. Bu soruna çözüm olarak ekip, çift güç kaynağını tanıttı.

Yakıt hücreleri, taksi ve seyir gibi düşük yük koşullarında, yaklaşık 6.8 MW maksimum güçle kullanılır. Bu arada, hidrojen türbiniyle çalışan süperiletken jeneratörler, kalkış sırasında gereken ek 9.4 MW gücü sağlar. Bu kombinasyon, toplam gücü 16.2 MW zirveye çıkarır ve güç yedekliliği sağlayarak dayanıklılığı artırır.

Yoğunluk sorununu ele almak için, hidrojenin daha az yoğun olması ve -253 °C’de süper soğuk sıvı olarak depolanmadıkça çok yer kaplaması nedeniyle, araştırmacılar yeni bir kütleye özgü indeks kullanarak kriyojenik tanklar ve ilgili alt sistemleri tasarladılar.

İndeks, yakıt kütlesinin tam yakıt sistemine oranıdır; ancak ekibin indeksi, hidrojen yakıtı, tank yapısı, ısı değiştiriciler, yalıtım, çalışma akışkanları ve dolaşım cihazlarının kütlesini içerir.

Toplam sistem kütlesine göre maksimum yakıt kütlesi sağlayan konfigürasyonu bulmak için araştırmacılar, havalandırma basıncı ve ısı değiştirici boyutları gibi ana parametreleri ayarlamaya devam etti ve optimal konfigürasyonu buldu.

İdeal düzen, 0.62 kütleye özgü indeks elde etti. Bu, sistemin toplam ağırlığının %62’sinin kullanılabilir hidrojen yakıtı olduğu anlamına gelir ve geleneksel tasarımlara göre önemli bir iyileşme gösterir.

Sistemin diğer ana işlevi olan termal yönetim için araştırmacılar ayrı bir soğutma sistemi kurmadı, bunun yerine çok soğuk hidrojeni ısı değiştiriciler aracılığıyla yönlendirdi. Aşamalı bir sırayla düzenlenen bu değiştiriciler, kablolar, motorlar, süperiletken jeneratörler ve güç elektroniği gibi bileşenlerden atık ısıyı alır. Bu ısıyı absorbe etmek, hidrojeni yavaşça ısıtır.

Optimizing Hydrogen Delivery & Thermal Management in Flight

Uçak içinde sıvı hidrojen teslimatı söz konusu olduğunda, kendi zorluklarını ortaya koyar. Örneğin, pompalar sadece ekstra ağırlık getirmekle kalmaz, aynı zamanda sisteme karmaşıklık ekler ve kriyojenik koşullarda istenmeyen ısı üretebilir.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için ekip, hidrojen yakıtının akışını kontrol etmek amacıyla tank basıncını kullanan pompasız bir sistem geliştirdi.

Basınç, normal bir yüksek basınçlı silindreden hidrojen gazı enjekte edilerek artırılır ve hidrojen buharı havalandırılarak düşürülür. Basıncın gerçek zamanlı ayarlanması için bir geri besleme döngüsü, basınç sensörlerini uçağın güç taleplerine bağlar; bu, tüm uçuş aşamalarında hidrojen akışının doğru oranını sağlar.

Simülasyonlara göre sistem, hidrojen’i saniyede 0.25 kilograma kadar teslim edebiliyor. Bu teslimat hızı, kalkış sırasında veya acil bir durumda, uçağın tekrar kalkması gerektiğinde 16.2 megavatlık elektrik talebini karşılamak için yeterlidir.

Isı değiştiriciler sıralı bir şekilde düzenlendiğinde, hidrojen sistem içinde hareket ederken önce kablolar ve HTS jeneratörler gibi kriyojenik sıcaklıklarda çalışan bileşenleri soğutur. Ardından, motorlar ve güç elektroniği gibi daha yüksek sıcaklıklı bileşenlerden ısı emer. Son olarak, hidrojen yakıt hücrelerine ulaşmadan önce, yakıt hücresi girişinin optimum koşullarına uyacak şekilde ön ısıtılır.

Bu aşamalı termal entegrasyon, sıvı hidrojenin hem yakıt hem de soğutucu olarak kullanılmasını sağlar; böylece sistem verimliliği maksimize edilirken donanım karmaşıklığı en aza indirilir.

“Daha önce, insanlar sıvı hidrojenin bir uçakta etkili bir şekilde nasıl taşınacağından ve aynı zamanda güç sistemi bileşenini soğutmak için kullanılıp kullanılamayacağından emin değillerdi. Sadece bunun mümkün olduğunu göstermekle kalmadık, aynı zamanda bu tür bir tasarım için sistem düzeyinde bir optimizasyon yapılması gerektiğini de kanıtladık.”

– Guo

Bu çalışmanın odak noktası tasarım optimizasyonu ve sistem simülasyonuydu. Bir sonraki adımda araştırmacılar deneysel doğrulama yapacaklar. Bunun için ekip, bir prototip sistem inşa edecek ve ardından FSU’nun İleri Güç Sistemleri Merkezi’nde testler gerçekleştirecek.

Gelecek çalışmalarında araştırmacılar, her dolaşım döngüsünde bulunan ve bileşenlerden çalışma akışkanına ısı transferi yapan ısı değiştiricilerin tasarımına da odaklanacaklar. Mevcut çalışma, bu bileşenlerin malzeme, boyut ve termal özelliklerine ilişkin ayrıntılı teknik özelliklerden yoksundur.

İnovatif termal yönetim stratejileri, yakıt hücresi yığınlarını soğutmak ve işletme sırasında ortaya çıkan önemli ısı üretimini ele almak için de odaklanılacak. Çalışmanın belirttiği gibi, bu ilerlemeler, genel termal yönetim mimarisini iyileştirmek ve sıfır emisyonlu havacılık teknolojilerinin pratik uygulanmasını sağlamak açısından kritik öneme sahiptir.

Investing in Hydrogen-Powered Aviation Technologies

Havacılık sektörüne yatırım yapma konusunda, RTX (RTX )yüksek potansiyelli bir fırsat sunuyor. Dünyanın en büyük uzay ve savunma şirketi, IZEA iş birliğinin temel sektör ortağıdır. Ayrıca, yakıt hücresi ve hidrojenle çalışan sistemler dahil olmak üzere sürdürülebilir havacılık teknolojilerini hedefleyen kapsamlı Ar-Ge programlarına sahiptir.

RTX Corp. (RTX ) 

RTX, üç ana segment üzerinden faaliyet göstermektedir:

• Collins Aerospace, ticari havayolları, sivil ve askeri uçak üreticileri ve uzay operasyonları için teknolojik olarak gelişmiş uzay ve savunma ürünleri sağlar.
• Pratt & Whitney segmenti, askeri, genel ve ticari müşterilere uçak motorları temin eder.
• Raytheon, füze, akıllı silahlar ve gelişmiş hava ve füze savunma yetenekleri geliştirir.

Collins Aerospace ve Pratt & Whitney bölümleri aracılığıyla, RTX hidrojenle çalışan uçakların ve ilgili teknolojilerin geliştirilmesi ve test edilmesinde aktif olarak yer almaktadır.

Bu, havacılık endüstrisinin hidrojeni ölçekli bir şekilde kullanmasını sağlayan HySIITE programını içerir. DOE’nun Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) tarafından sponsor edilen proje, sıvı hidrojen için optimize edilmiş ve Aralık 2024’te tamamlanmıştır. HySIITE test tezgahı, bir GTF motoruna kıyasla NOx’ta %99.3 azalma ve enerji verimliliğinde %35’e kadar iyileşme gösterdi.

Diğer iki projesi ise, havacılıkta hidrojenin geleceğini yönlendirmek için devam etmektedir. Kanada’nın ortak sektör-devlet girişimi INSAT tarafından desteklenen Hidrojen Gelişmiş Motor Çalışması (HyADES), turboprop uçaklar için hidrojen kullanımını ilerletmek üzerine çalışıyor. COCOLIH2T ise, AB’nin Clean Hydrogen Joint Undertaking (Temiz Hidrojen Ortak Girişimi) tarafından desteklenmekte ve yakıt depolama yöntemi geliştirmektedir.

Raytheon’un piyasa performansına gelince, hisse senetleri yüksek bir seviyede seyrediyor. Şirketin, yazı itibarıyla 183.64 milyar dolar piyasa değerine sahip hisseleri, 137.50 doların üzerinde işlem görüyor; bu, yeni bir tüm zamanların en yüksek seviyesi (ATH) ve yılbaşından bu yana %18.7 kazanç anlamına geliyor.

RTX hisselerinde son otuz yılda sürekli bir büyüme görülmüştür. Hisseler, Nisan ayındaki dip seviyelerinden itibaren yaklaşık %21 artış göstermiştir. Bununla birlikte, EPS (TTM) 3.41 ve P/E (TTM) 40.31’dir. Raytheon ayrıca %1.98’lik çekici bir temettü verimi sunmaktadır.

Şirket finansallarına gelince, 2025’in ilk çeyreğinde satışların bir önceki yıla göre %5 artarak 20.3 milyar dolara yükselmesi ve düzeltilmiş EPS’nin 1.47 dolar olmasıyla güçlü bir performans rapor etti. Bu dönemde Raytheon’un işletme nakit akışı 1.3 milyar dolar, serbest nakit akışı 0.8 milyar dolar iken, sipariş birikimi 217 milyar dolar; bunun içinde 92 milyar dolar savunma ve 125 milyar dolar ticari sektör bulunmaktadır.

“2025’e güçlü bir başlangıç yaptık. Mevcut ortam açıkça çok dinamik, ancak şirketimiz operasyonel olarak iyi bir konumda ve ekiplerimiz taahhütlerimizi yerine getirmeye ve sağlam sipariş birikimimizi teslim etmeye odaklanmış durumda.”

– RTX President and CEO Chris Calio

2025’in tamamı için şirket, düzeltilmiş satışları 83-84 billion dolar arasında, düzeltilmiş EPS’yi 6.00-6.15 dolar arasında ve serbest nakit akışını 7-7.5 billion dolar arasında öngörüyor; ancak bu tahminlerin, yeni yürürlüğe giren tarifelerin etkisini kapsamadığını belirtiyor.

Tüm bunların ortasında, şirket bu hafta ABD Donanması’ndan SPY-6 radar ailesi için 536 million dolarlık bir sözleşme kazandı; bu radarlar şu anda iki gemilerine kuruldu ve üç tanesi daha kurulum için hazır. Önümüzdeki on yıl içinde, radarlar 60’tan fazla ABD Donanması gemisine dağıtılacak.

Sözleşmenin bir parçası olarak Raytheon, radar yeteneklerini artırmak için yazılım yükseltmelerinin yanı sıra eğitim, kurulum, entegrasyon ve test yoluyla sürekli destek sağlayacak.

“SPY-6, ABD donanma filosundaki en gelişmiş radardır ve gemilere gelişen tehditlere karşı yeni bir savunma seviyesi sunar.”

– Barbara Borgonovi, president of Naval Power at Raytheon.

13. AN/TPY-2 füze savunma radarı da ABD Füze Savunma Ajansına teslim edildi; bu, tamamen GaN tabanlı bir diziye sahip ilk birim olup, sistemin duyarlılığını ve performansını önemli ölçüde artırıyor.

Şirket ayrıca AIM-9X Sidewinder füzelerinin üretimi ve teslimatı için 1.1 billion dolarlık bir sözleşme daha güvence altına almıştır. Bu ödülle Raytheon, dünya çapında yaygın olarak kullanılan kısa menzilli bir füze sistemi olan Sidewinder programına uzun vadeli desteğini sürdürmektedir.

Click here for a list of top aerospace & defence stocks.

Latest RTX Corp. (RTX) Stock News and Developments

Final Thoughts: Hydrogen’s Role in Sustainable Aviation

Havacılık sektörü hızla büyüyor ve küresel ekonomik ve sosyal gelişime katkıda bulunuyor, ancak aynı zamanda karbon ve kontrail emisyonları sorununu ele almak için acil bir ihtiyaç yaratıyor. Burada, yüksek özgül kimyasal enerjisiyle hidrojen, umut vadeden temiz bir yakıt alternatifi olarak ortaya çıkıyor.

Bu bağlamda, son çalışma, sıvı hidrojen depolama, termal yönetim ve transfer kontrol sistemi tasarlamak ve optimize etmek için kapsamlı bir çerçeve sunarak, verimli ve sürdürülebilir havacılık teknolojilerini ilerletme potansiyelini göstermektedir.

Hidrojenin iklim değişikliği ve hava kalitesi üzerindeki olumlu etkisinden yararlanarak, havacılık sektörü artık karbon ayak izini azaltmak için uygulanabilir bir yol bulmuş durumda; bu da uzun mesafe seyahatin gezegenin bedelini ödemeden gerçekleşebileceği bir geleceğin yolunu açıyor.

Click here for the latest aerospace innovations paving the way for next-gen flight.

Studies Referenced:

^{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). Entegre sıfır emisyonlu havacılık (IZEA) için sıvı hidrojen depolama, termal yönetim ve transfer kontrol sistemi. Applied Energy, 355, 126054. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126054}