Không giống như quá trình đốt cháy thông thường, pin nhiên liệu tạo ra điện thông qua phản ứng điện hóa. Pin nhiên liệu yêu cầu cung cấp liên tục nhiên liệu và oxy để cung cấp năng lượng điện liên tục . Hydro là một ứng cử viên sáng giá để làm "nhiên liệu" cho công nghệ pin nhiên liệu. Động cơ chạy bằng hydro sẽ sạch với môi trường vì chúng không tạo ra carbon dioxide và nitơ oxit.
Kích thước của một tế bào nhiên liệu đơn lẻ chỉ dày vài milimét và nó tạo ra ít năng lượng. Do đó, cần phải có một lượng lớn pin nhiên liệu được kết nối bằng điện và các kênh của nhiều ngăn xếp để cung cấp đủ năng lượng cho máy bay. Tuy nhiên, việc lắp đặt các chồng pin nhiên liệu lớn để phát điện làm tăng đáng kể trọng lượng của máy bay.
Đối với máy bay phản lực khu vực 72 hành khách, chẳng hạn như ATR72 , trọng lượng của hệ thống pin nhiên liệu có thể lớn hơn từ hai đến bốn lần so với hệ thống tua-bin thông thường. Một cách để giảm trọng lượng của pin nhiên liệu là triển khai hệ thống pin nhiên liệu ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ hoạt động cao hơn không chỉ giảm thiểu trọng lượng máy bay mà còn cải thiện hiệu quả của hệ thống đẩy.
Pin nhiên liệu nhiệt độ cao (HTFC)
Pin nhiên liệu nhiệt độ cao (HTFC) có thể cải thiện việc lắp đặt hệ thống động cơ đẩy trong máy bay cỡ khu vực. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton nhiệt độ cao (HT-PEMFC) là một loại pin nhiên liệu PEM hoạt động ở nhiệt độ từ 248 đến 392 °F (120 đến 200 °C). Pin nhiên liệu HT-PEM có thể được sử dụng cho các ứng dụng động cơ đẩy máy bay sử dụng khí giàu hydro để phát điện.
Nếu hệ thống pin nhiên liệu dựa trên PEM làm mát bằng không khí ở nhiệt độ cao, thì có khả năng khối lượng thấp hơn và hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả cao. Hệ thống pin nhiên liệu thu được, với thùng chứa và nhiên liệu, giờ đây sẽ nặng hơn 1,2 và 1,5 lần so với hệ thống tua-bin khí.
Ưu điểm của hệ thống pin nhiên liệu HT-PEM
Nhiệt lãng phí trong ngăn xếp pin nhiên liệu có thể được tái sử dụng, tạo ra nhiệt và năng lượng kết hợp. Ngược lại, nhiệt thải ra trong PEM nhiệt độ thấp (LT-PEM) quá thấp (dưới 176 °F/80 °C) để có thể tái sử dụng trong hệ thống. Việc sử dụng nhiệt thải làm cho thiết kế bền vững hơn so với hệ thống pin nhiên liệu LT-PEM thông thường.
Với ngăn xếp pin nhiên liệu ở nhiệt độ cao hơn nhiều, một hệ thống làm mát đơn giản có thể được lắp đặt. Không cần bề mặt trao đổi nhiệt hoặc năng lượng làm mát bổ sung, giúp giữ cho trọng lượng của hệ thống ở mức tối thiểu. Ngoài ra, không giống như LT-PEM, màng tế bào nhiên liệu của hệ thống HT-PEM không yêu cầu hệ thống quản lý nước để tạo ẩm.
HT-PEM cho phép sử dụng nhiều loại khí giàu hydro, bao gồm metanol, etanol, propanol và glycerol sinh học. Hydrogen có mật độ năng lượng gấp ba lần so với nhiên liệu máy bay. Về mặt an toàn, sức nổi của hydro diatomic làm cho đám cháy hydro ít gây hại cho môi trường xung quanh hơn so với đám cháy xăng.
Sức nổi buộc ngọn lửa hydro bay lên trong bầu khí quyển. Xăng chứa hydrocacbon có xu hướng cháy theo chu vi hơn là hướng lên trên. Hydro cũng cháy nhanh hơn rất nhiều so với nhiên liệu máy bay và bay hơi trong khí quyển nhanh hơn.
