O avanço dos programas de motores aeronáuticos de combustível por hidrogênio, e  aposta de fabricantes na alternativa de hidrogênio líquido, em 14.01.25

A editora de ciência e tecnologia da AIN postou no dia 06, na plataforma digital da mídia (AIN on line), artigo intitulado “Fueling the Future: Engine Makers bet on Hydrogen Power – Hydrogen fuel prospects spark engine innovations” (‘Abastecendo’ o Futuro: fabricantes de motores apostam na fonte de energia do hidrogênio – perspectivas de combustível de hidrogênio estimulam inovações em motores”).

Hanneke inicia o artigo escrevendo que, nos últimos anos, grande parte do burburinho sobre o hidrogênio no setor de mobilidade aérea avançada girou em torno de células de combustível de hidrogênio, que poderiam alimentar aeronaves eVTOL (Electric Vertical Take-Off and Landing, aeronave de decolagem e pouso vertical elétrica) e aviões regionais menores sem produzir emissões prejudiciais. Mas a tecnologia de combustão de hidrogênio também vem ganhando força, com várias fabricantes preparando campanhas de teste com motores de queima de hidrogênio em 2025.

Fabricantes de motores tradicionais alimentados por combustível fóssil — incluindo Rolls-Royce, Pratt & Whitney e Safran — estão apostando no hidrogênio líquido como o meio mais eficaz de alimentar grandes aviões de passageiros de forma mais sustentável e ajudar a indústria a atingir emissões líquidas de carbono zero até 2050.

Embora o hidrogênio líquido queime de forma mais limpa do que o combustível de aviação (QAv), os motores de hidrogênio não são totalmente livres de emissões. No entanto, podem permitir vôos mais longos com aeronaves maiores do que aquelas que usam células de combustível de hidrogênio, graças à alta densidade de energia e à natureza compacta do hidrogênio líquido.

Armazenado em um tanque criogênico instalado numa aeronave, o hidrogênio líquido pode alimentar motores de turbina tradicionais com algumas modificações. É compatível com as tecnologias existentes. Por outro lado, as células de combustível de hidrogênio apresentam um desafio de engenharia mais complexo. Elas usam hidrogênio para gerar eletricidade que alimenta motores elétricos. Os trens de força de célula de combustível de hidrogênio também têm uma relação potência-peso menor devido ao peso dos componentes do sistema, então não são bem dimensionados para aeronaves maiores e grandes.

Com planos de introduzir um avião de passageiros movido a hidrogênio até 2035, a Airbus está pensando em várias configurações para o sistema de propulsão e fuselagem, incluindo células de combustível de hidrogênio e motores de combustão de hidrogênio.

O primeiro motor a jato que a Airbus planeja testar com combustível de hidrogênio será um turbofan projeto para aeronaves executivas GE Passport instalado em um A380, em um primeiro vôo de teste que está programado para 2026. A CFM International, uma joint venture entre a GE Aerospace e a Safran Aircraft Engines, está supervisionando o trabalho de modificação do motor.

Enquanto isso, a Safran também está desenvolvendo motores à turbina movidos a hidrogênio para aeronaves leves para o segmento da aviação geral. Em janeiro de 2024, a Safran e sua parceira Turbotech concluíram o primeiro teste de solo bem-sucedido de um motor de turbina a gás movido a hidrogênio para o projeto francês BeautHyFuel. Esses testes usaram hidrogênio gasoso no pequeno motor da TurboTech TP-R90. “O hidrogênio é mais fácil de manusear nessa forma, especialmente em um motor pequeno”, explicou Adrien Cahuzac, arquiteto de sistemas da divisão de energia e propulsão da Safran.

Enquanto o gás hidrogênio pode alimentar motores de combustão e células de combustível, armazená-lo requer tanques pressurizados grandes e pesados. Por outro lado, o hidrogênio líquido criogênico tem uma densidade de energia maior e é menos volumoso para armazenar, tornando-o mais adequado para aplicações de aviação, embora manter o hidrogênio frio o suficiente para permanecer em um estado líquido apresente outro desafio.

Usando gás hidrogênio, a Safran conseguiu testar parâmetros do motor, como estratégias de regulação de fluxo e limites de desligamento do motor, explicou Cahuzac. “A longo prazo, o objetivo é, portanto, armazenar hidrogênio na forma líquida para transportar quantidades maiores e voar longas distâncias”, informou Cahuzac.

Este ano, a canadense Pratt & Whitney Canada está se preparando para demonstrar a tecnologia de combustão de hidrogênio em um motor turboélice de grande porte PW127XT – também começando com hidrogênio gasoso – para um projeto apoiado pelo governo canadense denominado HyADES – Hydrogen Advanced Design Engine Study (estudo de projeto avançado de motor de hidrogênio).

O programa canadense INSAT – Initiative for Sustainable Aviation Technology (Iniciativa para Tecnologia de Aviação Sustentável) já concedeu financiamento para a primeira fase do projeto HyADES, que envolverá testes, em solo, de bico injetores de combustível (fuel nozzle) e câmaras e componentes de combustão funcionando com hidrogênio gasoso, anunciou a Pratt & Whitney Canada em novembro. Se tudo correr conforme o planejado, a P&WC poderá receber financiamento adicional da INSAT para testes em solo subsequentes de todo o motor.

Separadamente, a P&WC está trabalhando em outro projeto apoiado pela INSAT denominado TEAME – Turbine Engine Advanced Materials for Efficiency (Materiais avançados para motores de turbina para eficiência), que estudará novos materiais para componentes de seção quente de motores de turbina a gás que podem ajudar a melhorar sua eficiência térmica, reduzir o consumo de combustível e conter emissões.

“Este projeto colaborativo com a INSAT nos permite desenvolver tecnologias-chave para futuras aeronaves movidas a hidrogênio e complementa nossos esforços mais amplos para promover a sustentabilidade da aviação por meio de uma variedade de caminhos, incluindo melhorias contínuas na eficiência do motor, propulsão híbrida-elétrica e compatibilidade com combustível de aviação sustentável”, disse Edward Hoskin, vice-presidente de engenharia da P&WC.

A P&WC introduziu originalmente o motor PW127XT em 2021 como o novo motor padrão para turboélices regionais ATR-42 e ATR-72. A alemã Deutsche Aircraft também optou por usar o motor para seu avião regional D328eco, um derivado do turboélice Dornier D328 que pode vir voar com energia de hidrogênio – embora com o plano inicial de operar com combustível de aviação sustentável.

A Deutsche Aircraft começou a montar a primeira aeronave de teste D328eco em meados de 2024, e tem como meta o ano de 2027 para a entrada em serviço do modelo movido a SAF. A Deutsche Aircraft ainda não anunciou um cronograma para a variante D328eco movida a hidrogênio, mas já começou a desenvolver o conceito por meio de estudos conduzidos em parceria com a Universal Hydrogen e a H2Fly, uma empresa alemã especializada em tecnologias de propulsão a hidrogênio.

A H2Fly é uma fabricante alemã pioneira em propulsão a hidrogênio, com meta de introduzir esta tecnologia no setor de transporte aéreo. O plano foi “energizado” pelo inovador vôo de seu demonstrador HY4, uma aeronave elétrica Taurus 4G baseada em fuselagem dupla da fabricante aeronáutica eslovena Pipistrel (subsidiária da Textron Aviation) equipada com tanques de combustível de hidrogênio e células de combustível.

A Joby Aviation, proprietária da H2Fly, também vem experimentando a integração de um trem de força de célula de combustível de hidrogênio em sua aeronave eVTOL de quatro passageiros. Em julho, a Joby e a H2Fly voaram um protótipo eVTOL com um trem de força de célula de combustível de hidrogênio. De acordo com a Joby, a aeronave demonstradora elétrica a hidrogênio voou 523 milhas — mais de cinco vezes o alcance da aeronave eVTOL JAS4-1 movida a bateria padrão da Joby. 

Rolls-Royce is also making inroads with hydrogen-powered business aircraft engines amid the shutdown of its electric propulsion business unit, which the company officially confirmed in November. 

A britânica Rolls-Royce também está fazendo incursões com motores para aeronaves comerciais movidos a hidrogênio em meio ao fechamento de sua unidade de negócios de propulsão elétrica, uma decisão confirmada oficialmente em novembro.

Em setembro, a fabricante de motores iniciou a fabricação de um novo estande de testes no Stennis Space Center, da NASA, no sul do Mississippi (EUA), onde planeja testar motores de turbina a gás em escala real com energia de hidrogênio. A Rolls-Royce usará este equipamento de teste para demonstrar propulsão 100% de hidrogênio em testes de solo com um motor turbofan Pearl 15 modificado, uma unidade de nova Família de turbofan criada para jatos executivos, que ora equipa os modelos cabine larga Global 5500 e 6500, da Bombardier. 

A Rolls-Royce já operou um motor turbofan Pearl 700 (que equipa os jatos cabine larga Gulfstream G700 e G800) com gás hidrogênio puro, atingindo o empuxo máximo de decolagem durante os testes de solo em 2023. Isso ocorreu após testes de solo anteriores em 2022 com um motor turboélice Rolls-Royce AE-2100 um (motor turboélice desenvolvido para aviões de transporte militar) funcionando com hidrogênio “verde”, ou hidrogênio produzido de forma sustentável pela divisão de moléculas de água por eletrólise.

Esses esforços são todos parte de um trabalho de longo prazo que a Rolls-Royce está conduzindo em parceria com a transportadora aérea britânica easyJet para introduzir um motor de combustão de hidrogênio líquido para aviões de passageiros de fuselagem estreita, como da Família Airbus A320, em meados da década de 2030.

A Rolls-Royce e a easyJet também fazem parte da parceria Hydrogen in Aviation Alliance (Aliança do Hidrogênio na Aviação), um consórcio de empresas sediadas no Reino Unido que trabalham para acelerar a adoção do hidrogênio para a aviação de carbono zero.

A GKN Aerospace, outro membro do consórcio do Reino Unido e parceira da easyJet, está avançando tanto na combustão de hidrogênio quanto nas tecnologias de células de combustível com seus programas H2Jet e H2Gear, respectivamente. A fabricante também está trabalhando em um sistema de armazenamento de hidrogênio criogênico que, segundo a mesma, pode ser aplicado a qualquer forma de propulsão.

Em julho, a GKN lançou outra iniciativa de hidrogênio denominada H2FlyGHT, que visa demonstrar um sistema de propulsão criogênica de hidrogênio-elétrico de 2 megawatts (MW) que poderia um dia abastecer aviões regionais menores. O projeto de £ 44 milhões (44 milhões de Libras Esterlinas) integrará a geração de energia de células de combustível de hidrogênio com soluções de gerenciamento térmico, incluindo distribuição de energia criogênica e sistemas avançados de acionamento criogênico.

Na frente de células de combustível de hidrogênio, várias empresas já estão integrando trens de força elétricos de hidrogênio em eVTOL e outras pequenas aeronaves elétricas.

Na Califórnia (EUA), a Joby e a Alaka’i Technologies estão experimentando hidrogênio em suas respectivas aeronaves eVTOL.

Enquanto isso, a Lyte Aviation, sediada em Londres (Inglaterra), está tentando usar células de combustível de hidrogênio para alimentar uma aeronave VTOL de 40 assentos.

A ZeroAvia, que está desenvolvendo kits de conversão de trem de força elétrico-hidrogênio para remotorização de aeronaves, espera receber seu primeiro Certificado de Tipo Suplementar (STC/CST) para o motor ZA-600, de 600 (KW), em 2025. O ZA-600 é destinado a aviões regionais de passageiros e foi testado em um Dornier 228. A ZeroAvia também está trabalhando em um motor de 2 megawatts que poderia alimentar uma aeronave maior transportando até 80 ou 90 passageiros.

Até mesmo helicópteros poderão voar em breve com células de combustível de hidrogênio, com planos em andamento para introduzir variantes movidas a hidrogênio dos helicópteros Robinson R44 (motorização a pistão) e R66 (motorização à turbina), da Bell/Textron Aviation. [EL] – c/ fonte