Airbus reveals radical design for detachable hydrogen fuel cell wing pods that could propel aircraft on long-range flights with zero emissions

Airbus has revealed its designs for self-contained hydrogen fuel cell pods that attach to the underside of aeroplane wings.

Each so-called pod contains a propeller and all the fuel, motors, cooling and engineering needed to provide thrust on long-range flights.  

The units are designed to be detachable, so they can can be clipped on and off after a flight to speed up any maintenance that may be required. 

Airbus hopes that the pods could could revolutionise air travel and usher in a new era of zero-emission flights.

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Each so-called pod contains the propeller and all the fuel, motors, cooling and engineering need to provide thrust 

 

 

Airbus is hoping self-contained pods attached to the underside of aeroplane wings can revolutionise air travel and usher in a hydrogen-powered and carbon-zero future

In the design, three hydrogen fuel cell pods are attached to the underside of each of the aircraft's wings.

Hydrogen and air are stored inside each individual pod and channelled to the fuel cell, where they combine to generate electric current.

Hydrogen has promise as an environmentally-friendly fuel because the gas can be combined with oxygen to make energy and the only waste product is water. 

This current powers the electric motor, causing the motor shaft to rotate and turning the eight-bladed propeller. 

The propellers are shaped to provide added thrust during the takeoff and climb-out phases of flight, according to Airbus.

The 'pod' configuration is just one of several options that Airbus engineers are considering in their pursuit of a low-carbon alternative to the current high-pollution business model of air travel.

'This "pod" configuration is a great starting point to nurture further inquiry into how we can scale up hydrogen technology to commercial aircraft,' said Glenn Llewellyn, VP of Zero-Emission Aircraft. 

'This is one option, but many more will be conceptualised before we make a final selection, a decision that is expected by 2025.'  

'This 'pod' configuration is a great starting point to nurture further inquiry into how we can scale up hydrogen technology to commercial aircraft,' Glenn Llewellyn, VP of Zero-Emission Aircraft, adds.

'This is one option, but many more will be conceptualised before we make a final selection, a decision that is expected by 2025.'  

 

 

Hydrogen and air will be stored inside each individual pod and channelled to the fuel cells where they will combine and create electricity. This energy will be then shunted to the eight-blade propellers, which form part of the pod, and allow it to spin, generating enough force to power the plane

Previous research has found flying is responsible for about 3.5 per cent of humanity's contribution to climate change.

Around two-thirds originates from contrails and other non-CO2 emissions, and vast amounts of research is looking at alternative fuels, reducing emissions and increasing efficiency.

In September, Airbus unveiled plans for a fleet of zero-emissions planes which are primarily powered by hydrogen fuel.

It outlined three new planes that will make up its 'Zeroe' fleet.  

The planes are called the turbofan, turboprop and the blended-wing body and are earmarked to enter service by 2035, Airbus says.

The turbofan design most closely resembles the current image of a regular plane, with an engine sitting on each wing and a standard fuselage. 

It will have a capacity of 200 passengers and, according to Airbus, be able to travel 2,300 miles without the need for refuelling. 

Although this will not allow for flights across the Atlantic, it does cover other transcontinental routes. 

The turboprop however, is designed for short-haul trips and runs on propellers. 

While is has a similar, if smaller, body size, it closely resembles a traditional craft. 

However, the propeller-driven machine will have half the capacity of its bigger brother, the turbofan., with room for little over 100 people and a max journey of around 1,150 miles.  

The most distinctive and radical concept is named the 'blended-wing body' plane, which has the wings merging with the main body of the aircraft in a V-shape. 

This has similar statistics to the turbofan but its bizarre shape opens up a host of possibilities with the wide fuselage, which Airbus could make use for extra cabin space, or room for more hydrogen fuel. 

에어버스 "2035년까지 수소연료 항공기 띄운다"

아마존·빌 게이츠도 수소항공기 스타트업 투자

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세계 주요국이 앞다퉈 수소경제 육성에 나서면서 일상에서도 수소를 활용한 교통수단을 접할 기회가 많아졌다. 현대차의 수소차 ‘넥쏘’가 전국 도로 곳곳을 달리고 있고, 광주에서는 지난 21일부터 수소 시내버스가 운행을 시작했다. 두산모빌리티이노베이션이 개발한 수소드론은 올해 4월 제주도의 부속 섬에 마스크 1만5000매를 배송했다. 머지않아 수소헬기에 이어 수소항공기가 등장할 것이란 전망이 나온다.

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유럽을 대표하는 항공기 제조업체 에어버스는 수소를 연료로 사용하는 항공기를 2035년까지 상용화한다는 야심 찬 계획을 올해 9월 발표했다. 에어버스의 수소항공기 개발 발표는 코로나 사태로 비행기 여행이 멈춰선 상황에서 나온 것이라 더 주목을 받았다.

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에어버스가 지난 9월 선보인 ‘제로e’ 수소항공기 콘셉트 디자인 3가지 중 하나 / 에어버스 제공

기욤 포리 에어버스 최고경영자(CEO)는 이날 개발 예정인 ‘제로e’ 수소항공기 세 종류에 대한 콘셉트 디자인을 공개하면서 "무(無)탄소 비행으로의 전환을 추진하는 데 주도적인 역할을 맡겠다"고 말했다. 수소항공기는 석유 기반 항공유 대신 액체 수소를 사용하는 가스터빈 엔진이나 수소연료전지를 동력원으로 전기모터를 구동해 비행한다. 에어버스는 수소항공기 상용화에 성공하면 항공기 이산화탄소 배출량을 약 50% 감축할 수 있을 것으로 내다봤다.

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항공산업은 올해 코로나 여파로 여행길이 막히기 전까지만 해도 ‘기후악당’이라는 비판을 받았다. 비행기에서 뿜어내는 다량의 이산화탄소가 기후와 환경에 악영향을 미친다는 이유에서다. 유럽환경청에 따르면 비행기가 1㎞ 운항할 때마다 배출하는 이산화탄소는 285g으로, 14g인 기차의 20배가 넘는다. 자동차(약 104g)와 비교해도 2배 많다.

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이처럼 항공산업에서도 탄소 저감 노력이 필요하다는 목소리가 커지면서 수소항공기가 차세대 비행수단으로 주목받고 있다. 에어버스 같은 대형 항공기 제조업체는 수소항공기 도입 시기를 앞당기기 위해 연구개발에 총력을 기울이고 있다. 수소항공기 관련 분야의 투자도 탄력을 받는 분위기다.

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최근 빌 게이츠 마이크로소프트 창업자가 설립한 에너지 펀드 BEV, 미 최대 전자상거래업체 아마존, 글로벌 석유회사 로얄더치쉘 등이 수소항공기 스타트업에 투자했다. 미 캘리포니아 소재 수소 연료 항공기 스타트업 제로아비아(ZeroAvia)는 이들 투자자로부터 총 2140만달러(약 245억원) 규모의 투자금을 유치했다.

제로아비아가 시험 비행에 성공한 수소항공기 / 제로아비아 유튜브 영상 캡처

제로아비아는 지난 9월 세계 최초로 6인승 상업용 수소항공기 비행에 성공했다. 수소연료전지를 사용한 이 회사의 수소항공기 '파이퍼 엠클래스(Piper M-class)'는 영국 크랜필드에 위치한 연구 시설 인근 상공에서 10~15분간 비행했다. 제로아비아는 이 항공기로 조만간 런던에서 파리까지 약 370km 거리 비행에도 도전한다.

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제로아비아는 2023년까지 최대 500마일(약 805㎞) 비행이 가능한 20인승 수소항공기를 띄운다는 구상이다. 이를 위해 10여개 항공사와 협력하고 있다. 향후 10년 안에는 1000마일(약 1610㎞) 비행하는 수소항공기를 개발하는 게 목표다. 발 미프타코브 제로아비아 CEO는 "탄소 배출을 하지 않으면서 상업적 비행을 할 수 있는 방법은 수소항공기뿐"이라고 말했다.

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항공산업이 석유를 대체할 친환경 연료로 수소를 지목하는 이유는 수소가 다른 연료에 비해 가볍고 에너지 밀도가 높아 수명이 길기 때문이다. 그래서 장시간 비행해야 하는 항공기에 적합하다는 평가가 나온다. 드론만 놓고 봐도 수소연료전지 드론의 비행시간이 일반 배터리 드론의 약 4배에 달한다. 수소연료의 에너지 밀도는 기존 제트연료(항공유)보다 3배 높다.

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이런 장점에도 불구하고 수소항공기 상용화까지는 아직 갈 길이 멀다. 현재 최대 과제는 수소를 안전하게 저장해 연료로 사용하는 기술을 개발하는 것과 연료로 사용할 친환경 그린수소를 대량으로 저가에 공급받는 것이다. 이미 1950년대에도 수소항공기를 개발하려는 시도가 수차례 있었지만, 비용 부담이 막대해 결국 실패로 끝났다.

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수소항공기가 동력을 얻으려면 오늘날 일반 항공기에 쓰는 제트연료보다 많은 양의 수소 연료가 필요하다고 전문가들은 설명한다. 현재 항공유는 대부분 비행기 날개 내부의 연료탱크에 보관하는데, 수소 연료는 날개가 아닌 항공기 몸체에 보관하는 방법을 찾아야 한다. 에어버스 측도 "수소를 압축가스 형태로 보관하면 공간을 많이 차지해 항공기 무게와 부피 제한에 걸린다"며 "현재로서는 액체 상태로 (연료탱크에) 저장하는 방법이 가장 유망하다"고 설명했다. 에어버스는 5년 안에 수소항공기에 적합한 수소 연료 저장 기술을 찾아 개발을 완료한 뒤 시제품 제작에 돌입한다는 계획이다.

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저렴한 수소 연료 확보도 관건이다. 현재 태양광·풍력 등 재생에너지를 전기분해해 생산하는 그린수소의 생산단가는 화석연료 기반 수소보다 약 2.5배 비싸 가격 경쟁력을 확보하려면 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 에너지 전문 시장조사업체 우드맥킨지는 그린수소의 생산비용이 화석연료와 비슷한 수준으로 떨어지려면 최소 10년은 걸릴 것으로 내다봤다.