Airbus mở đường, nhưng máy bay hydro vẫn "kẹt đường băng"

Dù hydro có tiềm năng lớn, việc đưa một nguồn nhiên liệu mới vào ngành - đặc biệt là loại nhiên liệu đòi hỏi thay đổi lớn về cơ sở hạ tầng cả trên không lẫn dưới mặt đất tại sân bay và xa hơn - là một nhiệm vụ khổng lồ, thậm chí trước khi xem xét đến nhu cầu về một hệ sinh thái hydro xanh rộng lớn hơn. Thách thức này càng phức tạp khi hydro cũng đóng vai trò trung tâm trong việc mở rộng sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững tổng hợp (SAF) - yếu tố cốt lõi trong kế hoạch đạt mức phát thải carbon ròng bằng 0 của ngành hàng không vào năm 2050.

Tiến bộ trong việc giải quyết các thách thức kỹ thuật đã được ghi nhận, nhưng sự sụp đổ của Universal Hydrogen và việc Airbus trì hoãn tham vọng về thời điểm máy bay chạy bằng hydro có thể đi vào hoạt động cho thấy mục tiêu này xa vời đến mức nào. Đáng chú ý, cả hai diễn biến này đều bị chi phối bởi các yếu tố thương mại cũng như thách thức công nghệ.

Universal Hydrogen, công ty phát triển động cơ tại California, là một trong những đơn vị tiên tiến nhất trong lĩnh vực này. Công ty đã phát triển hệ thống động cơ pin nhiên liệu hydro cho máy bay De Havilland Canada Dash 8 và ATR turboprop, đồng thời thực hiện một chuyến bay mang tính bước ngoặt sử dụng một phần pin nhiên liệu hydro trên Dash 8 vào tháng 3/2023. Tuy nhiên, công ty đã ngừng hoạt động vào tháng 6/2024 sau khi không thể huy động thêm vốn.

Trong khi đó, Airbus thừa nhận một máy bay chạy bằng hydro thiết kế hoàn toàn mới sẽ ra mắt muộn hơn ít nhất 5 năm so với kỳ vọng ban đầu. Trong lúc Boeing tỏ ra dè dặt hơn với động cơ chạy bằng hydro, Airbus đã nhiệt tình ủng hộ tiềm năng của nó - cách đây 5 năm, họ đã khiến giới quan sát phấn khích khi công bố khung thời gian đưa máy bay chạy bằng hydro vào hoạt động vào năm 2035 thông qua khái niệm ZEROe.

“Tôi tin rằng hydro sẽ đóng vai trò quan trọng và là nguồn năng lượng của tương lai”, Giám đốc điều hành Airbus Guillaume Faury phát biểu tại Hội nghị thượng đỉnh Airbus hồi tháng 3. Tuy nhiên, ông xác nhận rằng dù Airbus đã chứng minh tính khả thi của một máy bay thương mại chạy bằng hydro, loại máy bay này sẽ không cạnh tranh được trong điều kiện hiện tại. “Chúng tôi nhận ra rằng việc lạc quan quá sớm cũng có thể là một sai lầm”, ông Faury nói, nhưng nhấn mạnh: “Chúng tôi vẫn tin vào hydro. Chúng tôi hoàn toàn tin rằng đây là nguồn năng lượng tương lai cho ngành hàng không, nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm.”

Airbus ban đầu công bố ba khái niệm trong dự án ZEROe: một máy bay thân cánh hỗn hợp với tầm bay 2.000 dặm (3.700km) chở được 200 hành khách; một máy bay trông truyền thống hơn sử dụng động cơ turbine đốt hydro; và một máy bay 100 chỗ với động cơ turbine khí hydro. Hiện tại, Airbus tập trung vào một máy bay chạy bằng pin nhiên liệu hydro có thể chở tới 100 hành khách trên các tuyến đường dài tới 1.000 dặm, nhấn mạnh lợi ích của việc tạo ra một máy bay “hoàn toàn chạy điện”.

Dù chưa đưa ra khung thời gian cụ thể mới, các lãnh đạo Airbus cho biết hệ sinh thái cần thiết để hỗ trợ hoạt động hydro sẽ bị trì hoãn từ 5 đến 10 năm. “Vấn đề nằm ở hydro tại các sân bay: số lượng, chất lượng, giá cả, cơ sở hạ tầng và các quy định liên quan”, Bruno Fichefeux, người đứng đầu chương trình tương lai của Airbus, giải thích. “Chúng tôi có cái nhìn khá rõ về sự phát triển của hệ sinh thái này và kết luận được nhiều công ty công nghiệp và nhà cung cấp năng lượng đồng tình: chúng ta đang chậm hơn từ 5 đến 10 năm để đạt được khối lượng và giá cả cần thiết để tạo ra một máy bay cạnh tranh về kinh tế trên thị trường.”

Airbus không phải là công ty duy nhất đưa ra kết luận này. Ví dụ, Embraer đã nghiên cứu khả năng phát triển máy bay chạy bằng pin nhiên liệu hydro và các loại máy bay phát thải thấp khác trong dự án Energia từ năm 2021. Tháng 11 năm ngoái, phó Chủ tịch phụ trách phát triển công nghệ và kỹ thuật của Embraer, Luis Carlos Affonso cho biết, các rào cản kỹ thuật sẽ cần thêm thời gian để vượt qua. “Những công nghệ này khó hơn dự đoán ban đầu. Pin chưa phát triển nhanh như kỳ vọng và hydro cũng vậy. Vì thế, có thể sẽ chậm trễ, trừ những tuyến đường rất ngắn”, ông Affonso nói trong ngày hội nhà đầu tư của Embraer.

Bối cảnh kinh tế rộng lớn hơn

Việc sử dụng hydro làm nhiên liệu trong ngành hàng không phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế hydro toàn cầu. Trưởng chương trình hàng không trung hòa khí hậu tại Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Hàng không Hoàng gia Hà Lan (NLR), Bram Peerlings cho biết: “Nếu nền kinh tế hydro bắt đầu phát triển, hàng không cũng có thể tận dụng. Nhưng nếu nền kinh tế hydro không khởi động, thì ngành hàng không quá nhỏ để tự khởi xướng”. Ông nhấn mạnh nếu sự quan tâm chung đến hydro giảm, điều này sẽ nhanh chóng ảnh hưởng đến triển vọng của ngành hàng không, bất kể các thách thức cụ thể của ngành.

NLR, chuyên về bền vững hàng không, cùng với SEO Amsterdam Economics, đã chuẩn bị báo cáo lộ trình Destination 2050 cập nhật gần đây cho các hiệp hội thương mại hàng không châu Âu. Báo cáo này cho thấy vai trò của động cơ hydro trong việc đạt mục tiêu phát thải carbon ròng bằng 0 vào năm 2050 đã giảm. Báo cáo ước tính rằng máy bay chạy bằng hydro và việc chuyển sang sử dụng hydro làm nhiên liệu chỉ chiếm khoảng 6% lượng giảm phát thải cần thiết, so với mức dự đoán 20% trong lộ trình đầu tiên cách đây 4 năm.

Ông Peerlings, người dẫn đầu nghiên cứu của NLR cho báo cáo, chỉ ra ba lý do chính cho sự đóng góp nhỏ hơn của hydro. “Thứ nhất, chúng tôi hiện mô hình hóa máy bay một lối đi chỉ đi vào hoạt động từ năm 2040. Lộ trình Destination 2050 xem xét tác động đến năm 2050. Nếu bạn triển khai một thứ vào năm 2035, nó có 15 năm để thâm nhập vào đội bay. Nếu thời gian này giảm 5 năm do triển khai muộn hơn, điều đó đã có tác động đáng kể ít nhất đến năm 2050.” Một thay đổi quan trọng khác trong mô hình là giả định giảm về thị phần của máy bay chạy bằng hydro. Báo cáo đầu tiên giả định rằng máy bay chạy bằng hydro sẽ được triển khai bất cứ nơi nào có thể trên các tuyến nội địa châu Âu dưới 1.080 dặm. Hiện tại, giả định là loại máy bay này cuối cùng sẽ chiếm 50% thị phần trên các tuyến này.

Chuyên gia của NLR cũng chỉ ra những tác động nhỏ hơn nhưng vẫn đáng chú ý từ các nghiên cứu về hiệu suất pin nhiên liệu và trọng lượng bình nhiên liệu được công bố kể từ báo cáo đầu tiên, cho thấy cải tiến hiệu suất năng lượng của máy bay chạy bằng hydro thấp hơn so với máy bay một lối đi sử dụng nhiên liệu hydrocarbon hoặc SAF.

Tiếp tục nghiên cứu

Nghiên cứu và phát triển đang diễn ra sẽ tiếp tục định hình vai trò của hydro. “Các nghiên cứu hiện tại hy vọng sẽ cung cấp nhiều thông tin về vị trí của hydro trong tương lai, khi nào và những gì chúng ta có thể mong đợi từ nó. Tôi cũng muốn biết ngay hôm nay hơn là ngày mai, nhưng chúng ta phải chấp nhận rằng cần chờ đợi thêm", ông Peerlings giải thích.

Các hãng hàng không nhiệt tình với hydro cũng đã điều chỉnh kỳ vọng. Ví dụ, hãng hàng không giá rẻ Trung Âu Wizz Air vào năm 2022 đã ký thỏa thuận với Airbus để khám phá tiềm năng hoạt động của máy bay chạy bằng hydro. Sáng kiến này nhằm giúp hãng hiểu rõ hơn về cách máy bay như vậy có thể thay đổi mô hình kinh doanh. Dù vậy, lộ trình phát thải ròng bằng 0 mới công bố của hãng tập trung vào SAF - đóng góp hơn một nửa vào việc giảm phát thải - cùng với công nghệ máy bay và hiện đại hóa quản lý không lưu.

Chiến lược này dựa trên cam kết vào tháng 4/2024 để đạt 10% sử dụng SAF vào năm 2030, một phần do các quy định bắt buộc về SAF tại châu Âu. Giám đốc doanh nghiệp và ESG của Wizz Air, Yvonne Moynihan nhấn mạnh, tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng chậm chạp để hỗ trợ máy bay chạy bằng hydro và nhu cầu của hãng về các mẫu máy bay có sức chở lớn hơn 100 chỗ.

Hãng EasyJet của Anh cũng ủng hộ nhiệt tình cho năng lượng hydro. Cựu giám đốc điều hành Johan Lundgren vào năm 2023 bày tỏ mong muốn trở thành khách hàng đầu tiên của máy bay ZEROe và đã hợp tác trong nhiều dự án, bao gồm thử nghiệm đốt hydro với Rolls-Royce. “Chúng tôi quan tâm đến bất kỳ máy bay thế hệ mới nào xuất hiện. Hydro có lẽ là công nghệ duy nhất, nếu thành công, thực sự trung hòa carbon. Đó là cơ hội thực sự để có những chuyến bay không carbon”, tân giám đốc điều hành EasyJet Kenton Jarvis nói.

Trên quy mô toàn cầu, Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA) từ lâu đã đánh giá thấp vai trò của động cơ hydro và các công nghệ mới khác trong việc đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, nhấn mạnh SAF là phương tiện chính để ngành khử carbon. Lộ trình phát thải ròng bằng 0 chi tiết của IATA công bố vào tháng 9 năm ngoái cho thấy năng lượng hydro chỉ đóng góp khoảng 5% vào việc giảm phát thải cần thiết của ngành vào năm 2050. Do đó, hiệp hội đánh giá cao vai trò của hydro tái tạo trong việc hỗ trợ mở rộng sản xuất SAF.

Việc Airbus trì hoãn khung thời gian có thể gây hiệu ứng dây chuyền. Ví dụ, GKN Aerospace đang xem xét lại quy mô và thời điểm đầu tư vào nghiên cứu và công nghệ hydro, khi máy bay ZEROe là nền tảng tiềm năng cho hệ thống truyền động pin nhiên liệu hoặc hệ thống lưu trữ hydro đang phát triển của họ. “Sự thay đổi này đáng kể - không chỉ là dịch chuyển một hoặc hai năm, mà là một sự thay đổi lớn. Vì vậy, chúng tôi đang xem xét toàn bộ danh mục đầu tư để quyết định nên giữ lại, làm chậm hay thậm chí tạm gác lại những yếu tố nào”, Giám đốc công nghệ của GKN Aerospace, Russ Dunn nói.

GKN đang tham gia vào nhiều dự án hợp tác nhằm phát triển hệ thống truyền động hydro-điện không phát thải toàn diện, bao gồm dẫn dắt chương trình H2GEAR do Anh tài trợ, hướng tới phát triển hệ thống truyền động hydro cho máy bay khu vực phụ. GKN đặt mục tiêu xác nhận hiệu suất của hệ thống truyền động pin nhiên liệu 1MW làm mát bằng cryogenic vào năm 2026.

Đó chỉ là một trong số nhiều sáng kiến công nghệ liên quan đến năng lượng hydro đang được triển khai trong ngành. NLR, ví dụ, tham gia vào các dự án thuộc chương trình Chuyển đổi Hàng không (Luchtvaart in Transitie) của Hà Lan, bao gồm sáng kiến phát triển bộ mở rộng tầm bay chạy bằng hydro lỏng cho máy bay hạng nhẹ Pipistrel Velis Electro, với mục tiêu thực hiện chuyến bay thử nghiệm vào năm 2026.

Thử nghiệm tính khả thi

Pratt & Whitney vào tháng 1/2025 báo cáo sự tự tin ngày càng tăng về tiềm năng của động cơ turbine đốt hydro, phun hơi nước, làm mát trung gian vào những năm 2050 theo khái niệm Động cơ Turbine phun hơi, Hydro, Làm mát trung gian, sau khi thử nghiệm cấp độ bộ phận của các phần “khó nhất” của động cơ chứng minh tính khả thi của kiến trúc này.

Tuy nhiên, hy vọng gần nhất có lẽ nằm ở ZeroAvia. Công ty Anh-Mỹ đang phát triển hệ thống truyền động hydro-điện ZA600 cho máy bay thương mại tối đa 20 chỗ và ZA2000 cho máy bay turboprop khu vực tối đa 80 chỗ. Họ đã thực hiện các chuyến bay thử nghiệm ZA600 trên một chiếc Dornier 228 cải tiến từ đầu năm 2023 đến tháng 4/2024.

ZeroAvia hiện tập trung vào nỗ lực chứng nhận, với hệ thống truyền động điện 600kW (EPS) - một phần của hệ thống truyền động tổng thể - được chứng nhận riêng bởi Cục Hàng không Liên bang Mỹ (FAA). Quá trình này được thúc đẩy vào đầu năm nay khi ZeroAvia đạt thỏa thuận với FAA về cơ sở chứng nhận cho EPS, mà họ cũng sẽ bán độc lập cho các ứng dụng vận tải hàng không điện mới. Vào tháng 2/2025, họ công bố thương vụ bán EPS độc lập đầu tiên với Jetcruzer International tại California cho mẫu 500E.

Thử nghiệm tiếp tục với việc chứng nhận hệ thống truyền động ZA600 tổng thể bởi Cục Hàng không Dân dụng Anh, dự kiến hoàn thành vào năm 2026 và đưa vào hoạt động vào cuối năm đó hoặc năm 2027, với hãng vận hành Cessna Caravan RVL Aviation ký hợp đồng làm khách hàng đầu tiên.

Trâm Anh