איירבאס לוקחת את ההימור הנועז בתולדותיה על מטוס העתיד. כמה יעלה לכם לטוס בו?

במשך מעל מאה שנה נוסחת הטיסה המסחרית נותרה כמעט בלתי משתנה: שריפת דלק פוסילי נוזלי בתוך טורבינות גז רבות עוצמה, המניעות גוף צילינדרי מוארך. אלא שהנוסחה הזו, שהפכה את העולם לכפר גלובלי נגיש, גובה מחיר סביבתי כבד עם נתח של כ-2.5% מכלל פליטות הפחמן העולמיות. 

בשעה שרובו של עולם התעופה מחפש פתרונות ביניים או ייעול הדרגתי, ענקית התעופה האירופית איירבאס בחרה לקחת את ההימור הטכנולוגי, התעשייתי והכלכלי הנועז ביותר בתולדותיה: פרויקט Airbus ZEROe מהווה תוכנית פיתוח שמטרתה ליצור את המטוס המסחרי הראשון בעולם בעל אפס פליטות מוחלט.

איירבאס אינה מסתפקת בצמצום הזיהום או בשיפור אווירודינמי של אחוזים בודדים; חזון ה-ZEROe מיועד למחוק את פליטות הפחמן הדו-חמצני לחלוטין באמצעות מעבר רדיקלי להנעה המבוססת על מימן ירוק.

הלב הפועם של המהפכה: טכנולוגיית ההנעה המימנית

הבחירה במימן כמקור האנרגיה הראשי אינה מקרית. מימן הוא היסוד השכיח ביותר ביקום, וכאשר עושים בו שימוש כמקור אנרגיה, פליטת הלוואי העיקרית שלו היא אדי מים טהורים בלבד. כדי להפוך את המימן לכוח דחף בשמיים, איירבאס מפתחת ארכיטקטורת הנעה היברידית כפולה - בין בעירה ישירה להפקה חשמלית.

במסלול הראשון, מתבצעת בעירת מימן ישירה (Direct Hydrogen Combustion). במקום דלק סילוני מסורתי, המימן מוזרק ישירות לתוך תאי שריפה מותאמים של טורבינות גז עוצמתיות. התהליך מייצר דחף תרמי אדיר, תוך ביטול מוחלט של פליטות הפחמן. האתגר ההנדסי הטכנולוגי טמון בשליטה בטמפרטורת הבעירה ובמהירות הלהבה של המימן, הגבוהה פי כמה מזו של דלק סילוני, כדי למנוע שחיקה של הטורבינה ולמזער עד למינימום יצירת תחמוצות חנקן.

במסלול השני, משלבת איירבאס תאי דלק חשמליים (Fuel Cells). תאים אלו ממירים מימן וחמצן מהאוויר לחשמל בתהליך אלקטרוכימי נקי. החשמל המופק מניע מנועים חשמליים המספקים כוח עזר למדחפים או למערכות האוויוניקה והקבינה, ובכך נוצרת מערכת הנעה היברידית-חשמלית בעלת יעילות אנרגטית יוצאת דופן.

האתגר הפיזיקלי: הנדסה קריוגנית במינוס 253° צלזיוס

החסם המרכזי העומד בפני איירבאס אינו נובע מחוסר היכולת לשרוף מימן, אלא מצפיפות האנרגיה הנפחית שלו. מימן במצב גזי תופס נפח עצום. כדי לאחסן מספיק דלק לטיסה מסחרית, יש צורך להפוך את המימן לנוזל.

הפיכת מימן לנוזל דורשת טמפרטורה קריוגנית קיצונית של מינוס 253° צלזיוס. בשל כך, איירבאס נדרשת לפתח מכלי אחסון קלי משקל בעלי מעטפת כפולה, המבודדים תרמית ברמה בלתי רגילה, כדי למנוע איוד של המימן במהלך הטיסה וההמתנה על הקרקע.

בנוסף, מכיוון שגם מימן נוזלי תופס נפח הגדול פי 4 מדלק סילוני רגיל עבור אותה כמות אנרגיה, מכלים אלו אינם יכולים להיכנס לכנפי המטוס הצרות (כפי שמקובל במטוסים קלאסיים). הם חייבים להיות ממוקמים בחלקו האחורי או מרכזי של גוף המטוס, מה שדורש התאמה הנדסית מחדש של מרכז הכובד וחלוקת המושבים בקבינה.

• 18 הדקות וקור הרוח של הצוות שהצילו 379 נוסעים
• מוט ההיגוי קפא: הכשל המערכתי שכמעט הפיל את האיירבאס A320

שלוש תצורות מבניות למטוס העתיד

תצורת המטוס החדשנית של פרויקט Airbus ZEROe מבוססת על שלושה קונספטים מבניים, שכל אחד מהם מותאם לסגמנט שוק ונתיבי טיסה שונים, שנועדו לפתור את האתגר ההנדסי של אחסון מימן נוזלי קריוגני בטמפרטורה של מינוס 253 מעלות צלזיוס תוך שמירה על יציבות ואווירודינמיקה.

הקונספט הראשון מבוסס על תצורת מנועי טורבו-פרופ (Turboprop). תכנון זה כולל שני מנועי מדחף היברידיים-מימניים ומיועד לשאת עד 100 נוסעים לטווחים קצרים של כ-1,850 קילומטר. קונספט זה מתאים במיוחד לתעופה אזורית ולמסלולים קצרים, שבהם יעילות המדחף בגבהים נמוכים מעניקה חיסכון אנרגטי מקסימלי.

הקונספט השני מבוסס על תצורת מנועי טורבו-פאן (Turbofan), המזכירה את המבנה המוכר של סדרת מטוסי ה-A320. דגם זה מיועד לשאת בין 100 ל-200 נוסעים לטווחים בינוניים של כ-3,700 קילומטרים, תוך שימוש בשני מנועי טורבינה מותאמים לבעירת מימן המותקנים תחת הכנפיים, לצד מכלים מיוחדים בגוף המטוס.

הקונספט השלישי והמרתק ביותר הוא דגם ה-BWB "גוף-כנף אחוד". בתצורה רדיקלית זו, גוף המטוס והכנפיים מתמזגים למעטפת אווירודינמית רחבה אחת. מעבר ליתרון האווירודינמי שמפחית את הגרר בצורה דרמטית, המבנה הפנימי הרחב מעניק נפח עצום שפותר את אחת הבעיות הקשות ביותר של עידן המימן: נפח אחסון הדלק.

ניצול נפח פנימי: מכיוון שמימן נוזלי דורש נפח הגדול פי 4 מדלק סילוני רגיל, המבנה הרחב של ה-BWB מעניק חלל פנימי עצום. הדבר מאפשר לשלב מכלי מימן קריוגניים גדולים במרכז או בחלקו האחורי של המטוס, מבלי להקריב את מרחב מחלקת הנוסעים.

• האנליסטים הרימו גבה, חברת הקרוזים הרימה עוגן: העסקה המעניינת של Royal Caribbean
• לחוקרים של היום ולהיסטוריונים של מחר יש בעיה

יעילות אווירודינמית: המבנה כולו מייצר עילוי (ולא רק הכנפיים), מה שמפחית את הגרר האווירודינמי ומוריד את צריכת האנרגיה בטיסה.

גמישות בקבינה: הרוחב היוצא דופן מאפשר סידור מושבים חדשני, מעברים רחבים ותחושת מרחב גבוהה בהרבה ממטוס צינורי קלאסי.

מיקום מכלי המימן סמוך למרכז הכובד האווירודינמי בתצורת BWB משנה את איזון המטוס ככל שדלק המימן נשרף במהלך הטיסה, מה שמייצר אתגר תכנוני לאיזון מרכז הכובד של המטוס. כמו כן, נעשה שימוש נרחב בחומרים מרוכבים מתקדמים קלי משקל. המכלים דורשים דפנות כפולות ומערכות קירור הפוגעות במשקל המטוס. צנרת מבודדת בוואקום מובילה את המימן הנוזלי ממרכז המטוס לאורך כנפי המטוס אל המנועים ללא איוד.

איך תיראה הקבינה?

כאמור, המעבר להנעה מימנית אינו רק שינוי מנוע, אלא הגדרה מחדש של הארכיטקטורה הפנימית והחיצונית של המטוס. עקב צפיפות האנרגיה הנפחית הנמוכה של מימן נוזלי, לא ניתן לאחסן אותו כבעבר בתוך הכנפיים הצרות. הצורך במכלי ענק קריוגניים בלחץ גבוה ובטמפרטורה של מינוס 253° צלזיוס משנה באופן ישיר את תכנון הקבינה, סדר החלונות ופרוטוקולי החילוץ ופינוי החירום.

אחסון המימן בגוף המטוס במקום בכנפיים יוצר שני מודלים עיקריים לתכנון הקבינה: בתצורה BWB רחבה זו, הקבינה נראית יותר כמו אולם קולנוע מאשר צינור צר. המכלים ממוקמים לצד הקבינה או במרכזה, והדיחוס מבוסס על תאי Multi-Bubble (קשתות צילינדריות מחוברות), המאפשרים קבינה רחבה במיוחד עם 4 עד 6 מעברים.

נושא החלונות חווה שינוי כפול - תכנוני וחווייתי: חלונות וירטואלים מותקנים במטוסי BWB, ונוסעים היושבים במרכז הקבינה מרוחקים 10-15 מטרים מהדופן. לכן, נעשה שימוש במסכי OLED דקים לאורך הדפנות והמחיצות הפנימיות, המקרינים שידור חי במעגל סגור ממצלמות חיצוניות, ומוקרנים תקרות שמיים מוארכות ותאורת LED חכמה למניעת תחושת סגירות ואיבוד חוש כיוון.

המעבדה המעופפת והתשתיות בקרקע

כדי להפוך את התיאוריה למציאות, איירבאס גייסה את מטוס הניסוי הראשון של ספינת הדגל שלה, ה-Airbus A380 והופכת אותו למעבדה מעופפת להנעה מימנית. על גוף מטוס הענק מותקנת זרוע חיצונית הנושאת מנוע טורבו-פאן מותאם לבעירת מימן, בעוד שבתוך הקבינה המרווחת של ה-A380 הותקנו ארבעה מכלי מימן קריוגניים ומערך חיישנים המורכב בטיסות מבחן בגבהים ובמהירויות שיוט מסחריות.

במקביל, איירבאס מנהלת מהפכת תשתיתית גלובלית תחת הקונספט "Hydrogen Hub at Airports". החברה חתמה על הסכמי שיתוף פעולה עם עשרות נמלי תעופה מרכזיים ברחבי העולם (כולל פריז, סינגפור ודרום קוריאה) לבניית אקו-סיסטם שלם: הקמת מתקני אלקטרוליזה לייצור מימן ירוק מאנרגיה מתחדשת בסמוך לנמלי התעופה, פיתוח מיכליות וצינורות קריוגניים להעברת המימן הנוזלי, כולל הגדרת פרוטוקולי בטיחות חדשים לתדלוק קריוגני בסביבה אזרחית.

כמה כל זה יעלה לנוסעים?

האתגר הגדול ביותר העומד בפני פרויקט ZEROe אינו רק הנדסי, אלא כלכלי. העלות האנרגטית היא המשתנה המשפיע ביותר על כלכלת התעופה, ומעבר למימן מעמיד את החברות בפני "פרמיה ירוקה" כבדה.

מכיוון שהוצאות הדלק מהוות בין 25% ל-35% מסך עלויות התפעול השוטפות של חברת תעופה מסחרית, זינוק בעלות אנרגית מימן לעומת דלק סילוני רגיל, מגדיל את סך הוצאות התפעול הכוללות של החברה ב-35%-50%. עם שיעורי רווח נקי נמוכים בתעשייה (3%-7% בממוצע), חברות התעופה יגלגלו את התוספת ישירות אל הנוסעים.

בשלב הראשון של כניסת מטוסי מימן לשירות, מחירי כרטיסי הטיסה צפויים לעלות ב-25%-40% בהשוואה לטיסות בדלק רגיל. העלייה תשקף לא רק את מחיר הדלק היקר, אלא גם את החזר ההשקעה על פיתוח המטוסים והקמת התשתיות הקריוגניות. בטווח הבינוני, רגולציות כמו חובת שילוב דלק סילוני בר-קיימא (המיוצר ממקורות מתחדשים או ממוחזרים ולא מנפט גולמי) באיחוד האירופי יביאו להתייקרות הדרגתית של 10%-18% במחירי כרטיסי הטיסה עוד לפני הגעת המימן.

התכנסות מחירים צפויה רק לקראת שנות ה-2040. היא תתרחש בזכות שילוב של מיסוי פחמן מחמיר שיכפיל את מחירו של הדלק הסילוני המזהם, לצד ירידה בעלויות מחיר המימן הירוק לרמה תחרותית של 2.50-3.50 דולר קילוגרם.

האם הפרויקט יידחה?

אלא שבינתיים, במכה משמעותית לשאיפות לפיתוח מטוסי נוסעים מסחריים גדולים מונעי מימן, דווח בתחילת 2025 כי איירבאס דחתה את תוכנית הדגל שלה ZEROe במסגרתה תכננה להשיק מטוס מסחרי מונע מימן עד שנת 2035. לפי הפייננשל טיימס, לוח הזמנים עשוי להידחות ב-5-10 שנים ותקציב התוכנית קוצץ ברבע. במקביל, מפת דרכים שפורסמה על ידי תעשיית התעופה האירופית הפחיתה את הערכת תרומתם של מטוסי המימן להשגת יעד אי-פליטה נטו (Net Zero) עד שנת 2050.

פרויקט ה-Airbus ZEROe הוא הרבה יותר מעוד תוכנית פיתוח של מטוס חדש; הוא מייצג את הניסיון השאפתני והמקיף ביותר של האנושות לגמול את התעופה המסחרית מדלקים פוסיליים.

בבחירתה במימן, איירבאס אינה מחפשת קיצורי דרך. היא נכונה להתמודד עם אתגרי פיזיקה קשים, הנדסה קריוגנית מורכבת, עלויות ראשוניות גבוהות ושינוי עולמי של תשתיות נמלי התעופה - הכל כדי להבטיח שהדורות הבאים יוכלו להמשיך לחצות יבשות ואוקיינוסים בחופשיות, מבלי להשאיר עקבות פחמן בשמיים. אם החזון האירופי הזה יוכתר בהצלחה לקראת שנות ה-2040 עד 2050, ה-ZEROe לא רק ישנה את אופן הטיסה שלנו, אלא יגדיר מחדש את גבולות היכולת ההנדסית והכלכלית של המאה ה-21.

עופר הבר הוא מהנדס בכיר, מומחה תעופה ועובד בואינג לשעבר