भविष्य में हाइड्रोजन से चलने वाले विमान दुनिया भर में उड़ान भरने के लिए तैयार हैं। इसे संभव बनाने के लिए, इंजीनियरों को जेट इंजन विकसित करना होगा जो उन्हें शक्ति प्रदान करेगा। ईटीएच ज्यूरिख के शोधकर्ताओं के प्रयोग अब इन इंजनों को शक्तिशाली और टिकाऊ बनाने के लिए आवश्यक आधार प्रदान कर रहे हैं।
यूरोप स्थायी रूप से उत्पादित हाइड्रोजन द्वारा संचालित जलवायु-तटस्थ उड़ान की तैयारी कर रहा है। पिछले साल, यूरोपीय संघ ने हाइड्रोजन-संचालित मध्यम-ढोना विमान के विकास में उद्योग और विश्वविद्यालयों का समर्थन करने के लिए एक परियोजना शुरू की थी। अन्य बातों के अलावा, जेट इंजनों को नए ईंधन पर चलने के लिए अनुकूलित करना होगा। आज के इंजन मिट्टी के तेल को जलाने के लिए अनुकूलित हैं।
ईटीएच ज्यूरिख में मैकेनिकल और प्रोसेस इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर निकोलस नोइरे बताते हैं, “हाइड्रोजन मिट्टी के तेल की तुलना में बहुत तेजी से जलता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक सघन लपटें निकलती हैं।” हाइड्रोजन इंजन डिज़ाइन करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। नोइरे की टीम के प्रयोग अब इसके लिए एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करते हैं। टीम ने हाल ही में अपने नतीजे कम्बशन एंड फ्लेम जर्नल में प्रकाशित किए हैं।
एक समस्या कंपन की है, जिसे इंजीनियर कम करने का प्रयास करते हैं। विशिष्ट जेट इंजनों में, इंजन के कुंडलाकार दहन कक्ष के चारों ओर लगभग बीस ईंधन इंजेक्शन नोजल व्यवस्थित होते हैं। वहां ईंधन के अशांत दहन से ध्वनि तरंगें उत्पन्न होती हैं। ये तरंगें कक्ष की दीवारों से वापस परावर्तित होती हैं और आग की लपटों पर प्रतिक्रिया करती हैं। ध्वनि तरंग और आग की लपटों के बीच यह युग्मन कंपन पैदा कर सकता है जो इंजन दहन कक्ष पर भारी भार उत्पन्न करेगा। “ये कंपन सामग्री को थका सकते हैं, जिससे सबसे खराब स्थिति में दरारें और क्षति हो सकती है,” नोइरे समूह के पूर्व पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता एबेल फॉरे-ब्यूलियू कहते हैं। “यही कारण है कि, जब नए इंजन विकसित किए जा रहे हैं, तो यह सुनिश्चित करने के लिए ध्यान रखा जाता है कि ये कंपन परिचालन स्थितियों के तहत न हों।”
परिभ्रमण ऊंचाई पर स्थितियों का अनुकरण
जब इंजीनियरों ने आज के केरोसिन इंजन विकसित किए, तो उन्हें इन कंपनों को नियंत्रण में रखना पड़ा। उन्होंने आग की लपटों के आकार के साथ-साथ दहन कक्ष की ज्यामिति और ध्वनिकी को अनुकूलित करके इसे हासिल किया। हालाँकि, ईंधन के प्रकार का ध्वनि और लौ के बीच परस्पर क्रिया पर बड़ा प्रभाव पड़ता है। इसका मतलब है कि इंजीनियरों और शोधकर्ताओं को अब यह सुनिश्चित करना होगा कि वे नए हाइड्रोजन इंजन में उत्पन्न न हों। ईटीएच ज्यूरिख में एक विस्तृत परीक्षण और माप सुविधा नोइरे को हाइड्रोजन लपटों की ध्वनिकी को मापने और संभावित कंपन की भविष्यवाणी करने की अनुमति देती है। EU प्रोजेक्ट HYDEA के हिस्से के रूप में, जिसमें वह GE एयरोस्पेस के साथ शामिल है, वह कंपनी द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन इंजेक्शन नोजल का परीक्षण करता है।
“हमारी सुविधा हमें परिभ्रमण ऊंचाई पर एक इंजन के तापमान और दबाव की स्थिति को दोहराने की अनुमति देती है,” नोइरे बताते हैं। शोधकर्ता माप की एक विस्तृत श्रृंखला को सक्षम करते हुए, विभिन्न दहन कक्षों की ध्वनिकी को फिर से बना सकते हैं। “हमारा अध्ययन वास्तविक उड़ान स्थितियों के तहत हाइड्रोजन लपटों के ध्वनिक व्यवहार को मापने के लिए अपनी तरह का पहला अध्ययन है।”
अपने प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने एक एकल नोजल का उपयोग किया और फिर नोजल के संग्रह के ध्वनिक व्यवहार को मॉडल किया क्योंकि इसे भविष्य के हाइड्रोजन इंजन में व्यवस्थित किया जाएगा। यह अध्ययन जीई एयरोस्पेस के इंजीनियरों को इंजेक्शन नोजल को अनुकूलित करने और उच्च प्रदर्शन वाले हाइड्रोजन इंजन के लिए मार्ग प्रशस्त करने में मदद कर रहा है। कुछ वर्षों में, इंजन ज़मीन पर प्रारंभिक परीक्षणों के लिए तैयार हो जाएगा, और भविष्य में, यह पहले हाइड्रोजन ईंधन वाले विमानों को चला सकता है।
ईटीएच प्रोफेसर नोइरे विमान के लिए इंजन के विकास या हाइड्रोजन टैंक के विकास को विमानन को हाइड्रोजन युग में स्थानांतरित करने में सबसे बड़ी चुनौती नहीं मानते हैं। वे कहते हैं, “मानवता चंद्रमा पर पहुंच गई है; इंजीनियर निस्संदेह हाइड्रोजन विमान विकसित करने में सक्षम होंगे।” लेकिन अकेले विमान पर्याप्त नहीं हैं। नोइरे का कहना है कि एक और बड़ी चुनौती हाइड्रोजन विमानन के लिए संपूर्ण बुनियादी ढांचा तैयार करना है, जिसमें पर्याप्त मात्रा में जलवायु-तटस्थ हाइड्रोजन का उत्पादन करना और इसे हवाई अड्डों तक पहुंचाना शामिल है। उचित समय सीमा के भीतर इसे हासिल करने के लिए अब एक ठोस प्रयास की आवश्यकता है।
विमानन के लिए हाइड्रोजन क्यों'
अधिकांश ज़मीनी वाहनों को बैटरियों से विद्युतीकृत किया जा सकता है; हालाँकि, उच्च प्रदर्शन वाले विमानों के लिए बैटरियाँ बहुत भारी होती हैं। क्रायोजेनिक टैंकों में हाइड्रोजन के साथ 200 यात्रियों को हजारों किलोमीटर तक उड़ाने के लिए आवश्यक ऊर्जा को बैटरी में संग्रहीत करने की तुलना में कम से कम तीस गुना कम वजन होता है। ईटीएच प्रोफेसर नोइरे कहते हैं, “आने वाले दशकों में, केवल बहुत कम पेलोड क्षमता वाले छोटे विमान ही बैटरी से संचालित होंगे।” “यात्री और मालवाहक विमानों के लिए, सिंथेटिक ईंधन आज के केरोसिन का एकमात्र विकल्प है, और स्थायी उत्पादन के लिए हाइड्रोजन सबसे किफायती है।”
विमान के आकार और सीमा के आधार पर, दो संभावित हाइड्रोजन समाधान हैं। कम परिभ्रमण गति और कम दूरी वाले छोटे क्षेत्रीय विमानों के लिए, बोर्ड पर ईंधन सेल में हाइड्रोजन को बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। यह एक इलेक्ट्रिक मोटर के माध्यम से प्रोपेलर चलाता है। हालाँकि, लंबी दूरी के वाणिज्यिक विमानों के लिए, ईंधन सेल अपने आकार और वजन के कारण अनुपयुक्त हैं। भविष्य में, ये विमान हाइड्रोजन ईंधन वाले जेट इंजनों से चलेंगे। कई औद्योगिक संघ वर्तमान में ऐसे इंजन विकसित करने के लिए काम कर रहे हैं।
संदर्भ
फॉरे ब्यूलियू ए, धर्मपुत्र बी, शुएरमैन्स बी, वांग जी, कारुसो एस, ज़हान एम, नोइरे एन: विमान प्रणोदन के लिए उच्च दबाव वाले हाइड्रोजन/वायु लपटों के ध्वनिक स्थानांतरण मैट्रिक्स को मापना। दहन और ज्वाला, 22. अक्टूबर 2024, डीओआई: 10.1016/जे.कॉमबस्टफ्लेम.2024.113776
