PUR4LH2: kā LVKĶI pētnieki palīdz aviācijā iedzīvināt ūdeņradi

Eiropas aviācijas nākotne vairs nav iedomājama bez ūdeņraža. Gan starptautiskā ICAO organizācija, gan Eiropas Savienība ir izvirzījušas mērķi līdz 2050. gadam panākt aviācijas oglekļa neitralitāti (Euractiv 2020; Clean Hydrogen Partnership 2020). Tas nozīmē, ka nozares fokusā ir jaunas lidmašīnas, kas darbināmas ar sašķidrināto ūdeņradi (LH₂), un jaunas tehnoloģijas, lai šos risinājumus padarītu drošus un efektīvus.

Tieši tāpēc LVKĶI Polimēru laboratorijā tiek īstenots projekts PUR4LH2, ko vada Dr. Vladimirs Jakušins. Tā mērķis ir radīt jaunu cietā putupoliuretāna kompozīciju, kas kalpotu par izolācijas materiālu LH₂ tvertnēm nākamās paaudzes bezizmešu komerciālajām lidmašīnām.

Kāpēc tieši izolācija?

Sašķidrinātais ūdeņradis jāuzglabā ārkārtīgi zemā temperatūrā – aptuveni -253 °C. Bez augstvērtīgas izolācijas tvertne zaudētu degvielu, samazinātos drošība un palielinātos izmaksas. Turklāt tvertnes bieži tiek izvietotas lidmašīnas aizmugurējā daļā, kas ietekmē konstrukciju slodzi un rada papildu izaicinājumus materiāliem. Izolācijai šādos apstākļos ir jābūt ne tikai energoefektīvai, bet arī mehāniski noturīgai un apkopes laikā atjaunojamai.

Ko dara PUR4LH2?

Projekta komanda izstrādā jaunas paaudzes cietā putupoliuretāna kompozīciju, kuras sastāvā izmanto videi draudzīgas, ilgtspējīgas komponentes – no atjaunojamajām izejvielām iegūtus poliolus, smagos metālus nesaturošus katalizatorus un uzputošanās aģentus ar zemu globālās sasilšanas potenciālu. Materiālu kalpošanas laiks būs vismaz 20 gadi, tāpat tiks piedāvātas iespējamo defektu novēršanas metodes. PUR4LH2 tiks īstenots šādos posmos:

• Kriogēnās izolācijas PUR putu kompozīcijas aprēķināšana, modelēšanana un izstrāde;
• PUR putu ražošana laboratorijas un pilot-mērogā; mērogošana, izmantojot reālus aviācijas nozares kriogēno tvertņu virsmu modeļus;
• Izolācijas materiālu pārbaude, izmantojot standarta testēšanas iekārtas un arī oriģinālas, pašu konstruētas testa iekārtas kriogēniem apstākļiem;
• Dažādu paātrinātas mākslīgās novecošanas metožu pielietošana materiālu ilgmūžības prognozēšanai;
• Kriogēno izolācijas materiālu teorētiskie aprēķini un modelēšana.

Šī pieeja nozīmē ne tikai zemāku ietekmi uz vidi, bet arī atbilstību Eiropas Savienības jaunajai F-gāzu regulai, kas nosaka stingrākus noteikumus putu ražošanā izmantotajām vielām (EUR-lex 2024; Intergovernmental Panel on Climate Change 2024).

Mūsu pētnieki veiks materiālu modelēšanu, testēšanu un paātrināto novecošanās simulāciju. Plānots pārbaudīt ne tikai siltumvadītspēju un mehānisko izturību, bet arī ūdeņraža caurlaidību un mitruma uzsūci.

Kā tas saskan ar aviācijas nākotni?

Gan Eiropas Aviācijas drošības aģentūra (EASA), gan ASV Federālā aviācijas administrācija (FAA) pēdējos gados ir publicējušas ceļa kartes ūdeņraža lidmašīnu sertifikācijai. Tas rada regulējošo pamatu, bet nepieciešami arī konkrēti dati par materiāliem. PUR4LH2 mērķis ir piedāvāt “qualification-grade” rezultātus, kurus varēs izmantot aviācijas nozares uzņēmumi un sertifikācijas iestādes (European Union Aviation Safety Agency 2024; Federal Aviation Administration 2024).

Vairāk nekā lidmašīnām

Mūsu pētnieku izstrādāto tehnoloģiju potenciāls neaprobežosies tikai ar gaisa kuģiem. Tādas pašas izolācijas sistēmas var tikt izmantot ne tikai lidmašīnu tvertnēm, bet arī lidostu uzglabāšanas un uzpildes sistēmās, kur drošība un efektivitāte ir tikpat svarīgas. PUR4LH2 ir spilgts piemērs, kā zinātne iesaistās Eiropas līmeņa izaicinājumu risināšanā. LVKĶI pieredze polimēru materiālu un kriogēno sistēmu izpētē ļauj būt par daļu no starptautiska tīkla, kas strādā pie nākotnes aviācijas risinājumiem.

Projekta numurs: lzp-2024/1-0652

Projekta apraksts: PUR4LH2