Recirkulační dmychadlo od společnosti Busch Vacuum Solutions podporuje první vodíkové letadlo ve Švýcarsku

Podle údajů Německého leteckého centra vzlétlo v roce 2024 více než 36 milionů letů, což znamená, že letecká doprava odpovídá za přibližně 2,1 % celosvětových emisí CO₂. To zhruba odpovídá celkovým ročním emisím země, jako je Německo. Aby se v budoucnu snížil dopad letectví na klima a letecká doprava byla výrazně ekologičtější, jsou zapotřebí nové technologie. K jejich výzkumu se používají vakuová řešení od společnosti Busch.

Zpráva Úřadu pro hodnocení technologií v německém Spolkovém sněmu (TAB) označuje trvale udržitelná paliva jako nejdůležitější oblast pro krátkodobé inovace, protože spotřeba paliva je hlavním hnacím prvkem dopadu letectví na klima.

Zejména vodík má velký potenciál jako čisté palivo pro leteckou dopravu. Zpráva TAB však poukazuje na to, že skladování vodíku v letadlech je technicky náročné, protože vyžaduje velké, izolované nádrže při teplotě minus 253 stupňů Celsia, které mají vysokou hmotnost. Překonání těchto překážek bude vyžadovat neustálý výzkum a technologický pokrok v oblasti dnešních letadel a infrastruktury.

V duchu této inovace vyvinula skupina švýcarských studentů sdružených v organizaci Cellsius malé letadlo poháněné výhradně vodíkem. Cellsius je nezisková organizace založená v roce 2022, která se věnuje výzkumu trvale udržitelného letectví. Studenti ETH Curych mohou v posledním roce bakalářského studia aplikovat teoreticky získané inženýrské know-how na praktický příklad reálného letadla.

Během této doby vyvinuli H2-Sling, letadlo, které je poháněno vodíkem v plynném stavu. Účinná recirkulace vodíku je umožněna recirkulačním dmychadlem MINK MH, které společnost Busch Vacuum Solutions darovala ETH Zurich na podporu tohoto výzkumného projektu a technologického pokroku.

První vodíkové letadlo ve Švýcarsku

Samotné letadlo je poháněno 100kW systémem palivových článků. V palivovém článku se uvolňuje elektřina a teplo elektrochemickou reakcí vodíku a kyslíku. Článek se skládá ze dvou elektrod oddělených elektrolytickou membránou: anody a katody. Membrána zajišťuje přenos iontů.

Vodík vstupuje na straně anody. Molekuly vodíku jsou štěpeny na protony a elektrony. Vodíkové protony pronikají membránou ke katodě, kde reagují s kyslíkem z okolního vzduchu a vytvářejí vodu, a přitom se uvolňuje energie. Tuto energii využívá elektrický motor k napájení vrtule letadla.

Vzhledem k tomu, že jediným vedlejším produktem reakce je voda, nejsou během letu do atmosféry uvolňovány žádné skleníkové plyny škodlivé pro klima. Samotný vodík je uložen ve dvou nádržích pod křídly letadla, každá z nich obsahuje 2,6 kilogramu. Protože vodík má vysokou hustotu energie, je letadlo schopno letět 200 kilometrů, což odpovídá přibližně dvěma hodinám letu. Uvedení do provozu a první veřejná prezentace letadla proběhly v říjnu 2025. Letadlo nyní čeká na certifikaci od Spolkového úřadu pro civilní letectví ve Švýcarsku, aby se na jaře 2026 mohl uskutečnit první zkušební let. Konečný cíl: přeletět Alpy.

MINK MH od společnosti Busch zajišťuje účinnou recirkulaci vzduchu

Aby palivový článek spolehlivě fungoval, je nutné pečlivě regulovat přívod vodíku a vzduchu, aby mohla chemická reakce probíhat nepřetržitě. Recirkulační dmychadlo MINK MH od společnosti Busch zajišťuje, že nezreagovaný vodík není odpadem, ale efektivně se znovu využívá.

Funguje to takto: vodík přichází z vysokotlakých nádrží umístěných pod křídly. Pro zajištění stabilní chemické reakce v palivovém článku je přiváděno více vodíku, než je skutečně zapotřebí. Tím se zabrání lokálnímu „nedostatku“, k němuž dochází, když v článku není dostatek reaktantu, což může v konečném důsledku vést k zastavení reakčního cyklu.

Vzhledem k nadbytku přiváděného vodíku zůstává po dokončení reakce ještě část vodíku nevyužita. Nepoužití tohoto zbytku by znamenalo, že by byly potřeba ještě větší nádrže na vodík potřebný k udržení reakce, což by přidalo hmotnost letadlu a snížilo jeho výkon. Aby se maximalizovala doba letu a dolet, je proto nutné nepoužívaný vodík recirkulovat.

Recirkulační dmychadlo speciálně vyvinuté pro palivové články

Pro dosažení tohoto cíle musí být reaktant z výstupu anody palivového článku vrácen zpět do jejího vstupu. Právě zde přichází do hry MINK MH od společnosti Busch: dva zubové rotory se pohybují proti sobě uvnitř pláště kompresoru. Díky rotaci těchto zubových rotorů je vodík nasáván dovnitř, stlačován a poté přiváděn zpět k anodě palivového článku, kde dochází ke směšování s čerstvým vodíkem z nádrže. Tímto způsobem může reakční cyklus pokračovat bez přerušení. Opětovným využitím nezreagovaného vodíku se minimalizuje spotřeba paliva a šetří zdroje.

MINK MH je recirkulační dmychadlo s certifikací TÜV vyvinuté speciálně pro použití v palivových článcích. „Společnost Busch je jedním z mála dodavatelů nabízejících řešení pro vodíkové palivové články. Již jsme měli velmi dobré zkušenosti s menší verzí MINK MH, kterou jsme nainstalovali do zkušebního okruhu,“ říká Andres Neff, technický vedoucí projektu H2-Sling. „Všechno v testovacím systému fungovalo dokonale a dmychadlo je velmi uživatelsky přívětivé. Proto jsme byli velmi rádi, že jsme pro náš projekt mohli použít větší verzi tohoto dmychadla.“