Uma equipe de pesquisa da Faculdade de Engenharia da Florida A&M University-Florida State University projetou com sucesso um sistema inovador de armazenamento e distribuição de hidrogênio líquido. Este sistema visa fornecer uma solução tecnológica fundamental para alcançar a aviação com emissão zero, melhorando significativamente a eficiência energética ao utilizar simultaneamente o hidrogênio como combustível limpo e meio de resfriamento para o sistema de propulsão da aeronave.
Esta pesquisa, publicada na revista Applied Energy, propõe um projeto sob medida para uma aeronave híbrida-elétrica de 100 lugares. A aeronave é movida por uma célula de combustível de hidrogênio e um gerador supercondutor acionado por uma turbina de hidrogênio. A pesquisa demonstra como armazenar e distribuir hidrogênio líquido de forma eficiente e utilizar suas propriedades criogênicas para resfriar sistemas críticos de bordo, atendendo assim às complexas demandas energéticas da aeronave em vários estágios do voo. O professor Guo Wei, do Departamento de Engenharia Mecânica, autor correspondente do estudo, afirmou: "Nosso objetivo era criar um sistema único capaz de lidar com múltiplas tarefas críticas: armazenamento de combustível, resfriamento e controle de distribuição. Este projeto estabelece as bases para sistemas de aviação movidos a hidrogênio no mundo real."
Um dos principais desafios enfrentados pela equipe de pesquisa foi o armazenamento de hidrogênio em baixa densidade. Para otimizar o sistema, eles definiram uma nova métrica: a "relação entre a massa de combustível e a massa total do sistema de combustível". Ajustando parâmetros-chave, como a pressão de exaustão e o tamanho do trocador de calor, eles alcançaram uma relação de 0,62, o que significa que 62% do peso total do sistema é de hidrogênio utilizável como combustível — uma melhoria significativa em relação aos projetos tradicionais.
O sistema emprega um projeto sem bomba, controlando a vazão de hidrogênio por meio da regulação da pressão do tanque. Combinado com uma rede de trocadores de calor em estágios, o hidrogênio líquido em fluxo resfria sequencialmente componentes como o gerador supercondutor, cabos, motores e eletrônica de potência, pré-aquecendo-os antes de entrar na célula de combustível. O professor Wei Guo destacou: "Anteriormente, não havia certeza de como transportar hidrogênio líquido de forma eficaz em aeronaves e se ele poderia ser usado para resfriar componentes do sistema de energia. Nós não apenas provamos que era viável, como também demonstramos que esse projeto requer otimização em nível de sistema."
Esta pesquisa faz parte do Programa Integrado de Aeronáutica com Emissões Zero da NASA, e a próxima fase envolverá a construção de um protótipo do sistema e testes experimentais no Centro de Sistemas de Energia Avançados da Universidade Estadual da Flórida.
