إعلان PRIN 2022D. D. N. 104 بتاريخ 2 فبراير 2022

عنوان المشروع: تطوير أنظمة وقود جديدة لطائرات المستقبل النظيفة العاملة بالهيدروجين (DNFSFCAFH)

رمز وزارة الجامعات والبحوث: 20229MWABH
رمز CUP: D53D23003260006
الميزانية: € 100.309
P.I.: الأستاذ إليا ديستاسو - جامعة بوليتكنيكو دي باري
وحدات بحث أخرى أو وحدات فرعية محتملة
• وحدة البحث 2 - جامعة سانيو، بينيفينتو
• وحدة البحث 3 - جامعة نابولي فيديريكو الثاني

وصف موجز للمشروع
يتناول مشروع DNFSFCAFH أحد أبرز التحديات التكنولوجية لإزالة الكربون من النقل الجوي: تحديد البنية المعمارية والتصميم الأولي لأنظمة إمداد الوقود لطائرات مستقبلية عابرة للقارات تعمل بالهيدروجين السائل (LH2).
شملت الأنشطة سلسلة تصميم نظام الوقود بأكملها: دراسة أحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا، وتحديد البنى المعمارية المبتكرة ومحاكاتها باستخدام نماذج عددية، وتحسين التكوينات، والتصميم الأولي للخزانات المبردة والمبادلات الحرارية والمضخات والأنابيب وأنظمة السلامة، وتطوير حلول لتنظيم معدل التدفق باستخدام صمامات القياس، وتصميم الأنظمة المساعدة للتخزين والتصريف والتهوية.

الغرض
يتمتع الهيدروجين السائل بإمكانات كبيرة للحد من انبعاثات قطاع الطيران: فبالنسبة إلى المقدار نفسه من الطاقة، يتطلب كتلة وقود أقل بكثير من أنواع الوقود التقليدية، وإذا أُنتج من مصادر متجددة، فإنه يتيح احتراقًا من دون انبعاثات مباشرة لثاني أكسيد الكربون، وبانبعاثات جسيمية ضئيلة للغاية. غير أن استخدامه يتطلب إعادة تصميم نظام الوقود على متن الطائرة بالكامل، إذ يجب تخزين الهيدروجين في ظروف مبردة، ثم تبخيره وتسخينه فوق درجة الغليان وقياس كميته وحقنه في غرفة الاحتراق ضمن ظروف مضبوطة.
يتمثل الهدف العام للمشروع في الإسهام بتطوير حلول تكنولوجية للطائرات العاملة بالهيدروجين، بما يتماشى مع الأهداف الأوروبية لخفض الانبعاثات ومسارات البحث الخاصة ببرنامجَي Clean Aviation وFlightpath 2050. وعلى وجه الخصوص، يهدف المشروع إلى توفير قاعدة علمية وتصميمية لأنظمة وقود موثوقة وفعالة وقابلة للدمج، تعمل بالهيدروجين السائل، لاستخدامها في الطائرات التجارية المستقبلية.

النتائج المتوقعة
•    عرض محدّث ومنهجي لأحدث ما توصلت إليه التكنولوجيا بشأن أنظمة الوقود LH2 للطائرات؛
•    تحديد بنية معمارية واحدة أو أكثر لأنظمة الوقود LH2 تكون قابلة للتطبيق من الناحية التقنية، وتشمل التخزين والإمداد والتبادل الحراري وقياس الوقود والسلامة؛
•    تطوير نماذج عددية باستخدام بيئتَي Simulink/Simscape وAmesim، بما يتيح محاكاة سلوك النظام في ظروف تشغيل مختلفة؛
•    تحسين تكوينات النظام ومكوناته الرئيسية، مع تحديد تكوين مُحسَّن بوصفه محطة رئيسية في المشروع؛
•    التصميم الأولي للمكوّنات الحيوية، بما في ذلك الخزانات المبردة، والمبادلات الحرارية، والمضخات، والأنابيب، وأنظمة السلامة، وصمامات قياس التدفق، والأنظمة المساعدة للتخزين والتنفيس؛
•    إنتاج المخرجات الفنية والمنشورات العلمية المفهرسة، بهدف نشر ما لا يقل عن ثلاث أوراق بحثية في Scopus.

النتائج المحققة 
اكتمل المشروع بنجاح ضمن الجدول الزمني المحدد. ونُفِّذت حزم العمل السبع جميعها، وتحققت الأهداف العلمية والتكنولوجية. وأسفرت الأنشطة عن قاعدة معرفية متكاملة تغطي المجالات الأربعة الرئيسية لتصميم نظام وقود للطائرات يعمل بالهيدروجين السائل: التخزين، والتوزيع، والإدارة الحرارية، وقياس التدفق.

ومن أبرز النتائج:

• إعداد مراجعة شاملة للأدبيات المتعلقة بأنظمة وقود LH2 للطائرات، وتحليل التخزين والتوصيل والإدارة الحرارية وقياس التدفق وأنظمة السلامة؛

• اقتراح بنية مبتكرة لنظام وقود LH2 ونمذجتها، والتحقق من صحتها باستخدام نماذج عددية وإجراء مقارنة بين بيئات المحاكاة؛

• تطوير نماذج بارامترية باستخدام Simulink/Simscape وAmesim، وتطبيق إجراء التحسين MOGA-II لتحديد التكوينات المحسّنة؛

• التصميم الأولي للمكوّنات الرئيسية الخاصة بـ LH2، بما في ذلك المبادلات الحرارية والخزانات المبردة والمضخات والأنابيب وأنظمة السلامة؛

• تطوير ومحاكاة حل جديد لصمام قياس الهيدروجين الغازي، يعتمد على التشغيل الكهروضغطي؛

• تحديد أنظمة التخزين الوسيط والتفريغ والتنفيس ومحاكاتها؛

• نشر ستة أعمال علمية مفهرسة في Scopus، متجاوزةً الحد الأدنى المستهدف البالغ ثلاثة منشورات؛

• تعزيز أوجه التعاون العلمي على المستويين الوطني والدولي، بما في ذلك التعاون مع University of Bath وMoog Controls Ltd، الأمر الذي أسهم في تعزيز حضور المشروع في أوساط مجتمع أبحاث الطيران العامل بالهيدروجين على المستوى الدولي.

نُفِّذت الأنشطة مع الالتزام بمبدأ عدم إلحاق ضرر كبير (DNSH) ومبادئ الوصول المفتوح. وكانت الأنشطة ذات طبيعة حاسوبية وعددية في معظمها، دون إجراء تجارب مادية أو التسبب في آثار بيئية مباشرة ذات شأن. وأُتيحت المنشورات عبر جهات نشر أو وقائع مؤتمرات توفر خيارات الوصول المفتوح.