Kriogēnā izolācija ūdeņraža aviācijai: PUR4LH2 progress

Ja ūdeņradis kļūs par nākotnes aviācijas degvielu, izšķirošais jautājums nebūs tikai dzinēju tehnoloģija. Drīzāk tas skanētu sekojoši: kā droši un efektīvi uzglabāt sašķidrināto ūdeņradi (LH₂) temperatūrā, kas ir zemāka par –250 °C.

Šādas kriogēnās izolācijas sistēmas būs vajadzīgas ne tikai nākamās paaudzes lidmašīnās, bet arī lidostu uzglabāšanas termināļos, uzpildes infrastruktūrā un potenciāli arī kosmiskajās kriogēnajās tvertnēs. Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā šī kompetence netiek veidota no nulles – pētniekiem jau ir pieredze kriogēno materiālu izstrādē nesējraķetei Ariane 6. Projekts Cietais poliuretāna putuplasts kā kriogēnā izolācija nākotnes bezizmešu komerciālajām lidmašīnām (PUR4LH2) šo zināšanu bāzi paplašina, mērķtiecīgi pielāgojot to civilās aviācijas prasībām.

No koncepcijas līdz eksperimentam

PUR4LH2 projekts tapis, reaģējot uz Eiropas aviācijas mērķi tuvākajās desmitgadēs pāriet uz bezizmešu risinājumiem. Sašķidrinātais ūdeņradis (LH₂) ir viens no galvenajiem kandidātiem, taču tas jāuzglabā ārkārtīgi zemā temperatūrā ap –253 °C. Tas nozīmē, ka tvertnēm nepieciešams materiāls, kas vienlaikus samazina siltuma zudumus, iztur mehānisko slodzi un saglabā stabilitāti ilgstošas ekspluatācijas gaitā.

Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta (LVKĶI) Polimēru laboratorijā izstrādātās cietā poliuretāna putuplasta kompozīcijas balstās uz no atjaunojamām izejvielām iegūtiem polioliem, smagos metālus nesaturošiem katalizatoriem un uzputošanās aģentiem ar zemu globālās sasilšanas potenciāla (GSP) vērtību. Mūsu zinātnieku Dr. sc. ing. Vladimira Jakušina, Dr. sc. ing. Uģa Cābuļa, Mg. chem. Laimas Vēveres un Bc. chem. Vanesas Dhalivalas mērķis ir radīt izolācijas sistēmu ar vismaz 20 gadu kalpošanas laiku, kas atbilst aviācijas drošības un kvalifikācijas prasībām.

Pirmais projekta gads iezīmē pāreju no receptūras izstrādes uz eksperimentālu validāciju.

Kāpēc tas ir būtiski aviācijai

Sašķidrinātā ūdeņraža tvertnēs pat neliels siltuma zudums nozīmē degvielas iztvaikošanu, masas zudumu un papildu drošības izaicinājumus. Aviācijas nozarē tas tieši ietekmē efektivitāti, konstrukciju slodzes un sertifikācijas procesu. Tādēļ nozarei nepieciešami eksperimentāli pamatoti dati, kas ļauj modelēt un validēt izolācijas sistēmu darbību reālos apstākļos.

Projekts PUR4LH2 šobrīd virzās no materiālu atlases uz kvalifikācijas līmeņa validāciju. Pirmajā gadā mūsu zinātnieki laboratorijā pārbaudīja 70 poliuretāna sistēmas, no kurām sešas atlasītas tālākai optimizācijai pilotmērogā. Nākamais posms paredz ilgtermiņa novecošanās testus un atkārtotu kriogēno ciklu simulāciju, lai novērtētu materiāla stabilitāti ilgstošā ekspluatācijā.

No materiāla līdz infrastruktūrai

Kriogēnā izolācija nav nišas komponents, bet gan viena no ūdeņraža aviācijas priekšnosacījumiem. Bez uzticamas, prognozējamas izolācijas sistēmas nav iespējama ne droša lidojumu ekspluatācija, ne infrastruktūras izveide.

PUR4LH2 demonstrē, kā fundamentāla materiālzinātne pārtop par tehnoloģisku ieguldījumu Eiropas ūdeņraža ekosistēmā. LVKĶI zinātnieki turpina darbu pie laboratorijas modeļa validācijas, soli pa solim tuvinot to risinājumam, kas var kļūt par daļu no nākotnes aviācijas tehnoloģiju ķēdes.