Piasecki、水素燃料電池駆動ヘリコプターの実現性を検討

米エネルギー省 （DOE）は、水素燃料電池駆動都市航空モビリティ (UAM) 回転翼航空機の実現可能性を評価する。この研究は、将来の都市交通において重要な役割を果たすことが期待される垂直離着陸（VTOL）UAM車両の動力源として水素燃料電池を使用する実現可能性に焦点を当てている。同社はすでに多段階プログラムの第1段階を完了しており、今年後半に第2段階を開始する予定だという。

SBIRプログラムでは、Piaseckiは技術経済分析（TEA）を実施し、概念設計と予備設計を開発し、最終的には水素燃料電池駆動のVTOL航空機を大規模に開発およびテストすることが求められている。

第1段階では、水素技術を同等の内燃エンジンおよびバッテリー回転翼航空機と比較し、ミッションのパフォーマンス、温室効果ガス（GHG）削減の可能性、総所有コスト、技術の準備レベルなどの主要な指標を決定した。

Piasecki氏が行った初期研究では、ベースラインの内燃機関ロビンソンR44ヘリコプターと、気体水素による水素燃料電池推進、液体水素による水素燃料電池推進、バッテリー駆動の3つのバリエーションとの詳細な比較が行われた。

DOEのTECHTEST（Techno-economic Energy & Carbon Heuristic Tool for Early-Stage Technologies）を利用したこの研究では、水素燃料電池とバッテリーを搭載したタイプでは、使用中のGHG排出量はごくわずかであり、同じUAMエアタクシー任務を遂行する内燃エンジンを搭載したR44と比較して、すべてのタイプで5年間で1,300トン以上のGHG排出量が削減されることが実証された。

運用効率は、UAMの必要ミッション距離で燃料補給なしに高い利用率をサポートする能力があれば、サービス提供と経済性を大幅に向上させることができる都市型エアモビリティにとって極めて重要だ。調査では、液体水素燃料電池が3種類の中で最も優れた性能を発揮することがわかったという。

• 優れた航続距離： 優れた航続距離：液体水素燃料電池は、内燃式燃料電池の航続距離（500km）に匹敵し、気体水素燃料電池やバッテリー燃料電池よりも優れた航続距離を示した。
• 燃料補給が少ない： 高温プロトン交換膜（HTPEM）水素燃料電池の高い比出力と、液体水素で達成可能な高いエネルギー密度により、気体水素燃料電池では2回未満であったのに対し、液体水素燃料電池では、燃料補給までに約93kmを5回飛行することができた。バッテリー式は、再充電のために停止することなく、DoEの公称UAMミッション・プロファイルで要求される最低限の性能を満たすことができなかった。
• 運用コストの削減： 両水素燃料バリアントの直接的な運用コストの低減により、ICEバリアントよりもわずかな追加取得コストの回収が可能となった。バッテリー駆動型は、短距離ミッションには適しているものの、VTOL型航空機の飛行スペクトルで要求される高い放電・再充電率にさらされると、バッテリーのサイクル寿命に限界があるため、取得コストの上乗せ分を回収することはできなかった。

米国は、長期的なエネルギー安全保障と化石燃料からの脱却の鍵となる水素インフラの開発に積極的に取り組んでいる。10月、バイデン-ハリス政権とDOEは、国内初のクリーン水素ハブを立ち上げ、家庭、企業、交通網にクリーンで再生可能なエネルギーを供給する水素インフラネットワークの開発を促進するために70億ドルを拠出すると発表した。

Piasecki AircraftのCEOであるJohn Piasecki氏は、次のようにコメントする。

Piaseckiは最近、米空軍と3,700万ドルのSTRATFI契約を結び、世界初のゼロエミッション水素燃料電池を動力源とする商用ヘリコプターとなる予定のPA-890スローローター・コンパウンド・ヘリコプター用のHTPEM水素燃料電池推進システムの開発を加速させることを発表した。

ZeroAviaとの提携により、PiaseckiはVTOL用途のHTPEM水素燃料電池を開発・試験する予定であり、これにはHAXEL概念実証飛行デモンストレーターとPA-890用のフルスケール660kW HTPEM水素燃料電池推進試験スタンドが含まれる。Piaseckiは昨年、ペンシルベニア州コーツビルにあるロッキード・マーチン・シコルスキー社から219,000平方フィートの最新鋭ヘリコプター製造施設を取得し、そこでPA-890を組み立てる計画だという。

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