欧州の大手航空・宇宙メーカーのエアバスは2020年9月21日、水素で飛ぶ旅客機の開発構想を発表した。名前は「ZEROe」。環境を汚染するような廃棄物を出さない「ゼロ・エミッション」航空機を目標とし、2035年までの実用化を目指すという。
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エアバスが発表した「ZEROe」の想像図 (C) Airbus
発表された3種類の画期的な機体
従来の水素を使った航空機は、通常の燃料と同じように水素を燃焼させて飛ぶ方式と、燃料電池でモーターを回して飛ぶ形式の2種類が研究されてきたが、ZEROeではこれらを組み合わせ、水素を燃料として燃焼させるガスタービン・エンジンを搭載するとともに、同時に燃料電池を使用してガスタービンを補完する電力を作り出すハイブリッド技術を採用。これにより、従来以上に高い効率をもったシステムを実現するとしている。
機体の構成は、従来の旅客機のような形状のターボファン機とプロペラをもったターボプロップ機、そしてブレンデッド・ウイング・ボディと呼ばれる、主翼が機体と一体化した機体の3種類からなる。
ターボファン機は、従来から使われているガスタービン・エンジン(ジェット・エンジン)を改良し、ジェット燃料の代わりに水素を燃やして飛ぶようにしたもの。座席数は120席から200席で、2000海里(約3704km)以上の航続距離をもち、大陸間飛行を可能とする。また、通常の航空機では主翼の中にジェット燃料を積むが、この航空機は後部圧力隔壁の後ろに液体水素貯蔵・分配システムを配置する。
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ZEROeのターボファン機の想像図 (C) Airbus
ターボプロップ機も同様に、従来から使われているエンジンを改良し、ジェット燃料の代わりに水素を燃やし、プロペラを回して飛ぶ。液体水素も同様に後部圧力隔壁の後ろに搭載。最大100人乗りで、航続距離は1000海里(約1852km)以上で、短距離飛行に最適としている。
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ZEROeのターボプロップ機の想像図 (C) Airbus
ブレンデッド・ウイング・ボディ構成では、ターボファン機と同じエンジンを搭載。航続距離も同じ2000海里(約3704km)以上で、大陸間飛行を可能とする。胴体と翼が一体化しているため、機内は広く、最大200人が乗ることができる。また液体水素の貯蔵・分配システムの搭載場所や、キャビンのレイアウトは、さまざまな形態が考えられるとし、今回は一例として、翼の下部に液体水素貯蔵・分配システムを搭載した構成の想像図が披露された。
ブレンデッド・ウイング・ボディは、1990年代から、米国航空宇宙局(NASA)や米企業などを中心に研究が続いている技術で、2007年には無人実験機「X-48B」による飛行実験を実施。エアバスも「マヴェリック(MAVERIC)」と呼ばれる実験機による実験を行っている。燃費向上や騒音低減などといった長所がある一方で、機体の端、すなわち翼の先端に近い位置に座るとロール時に不快感を覚えたり、レイアウト上緊急時の避難が難しくなったりといった短所もあり、実用化には至っていない。
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ZEROeのブレンデッド・ウィング・ボディ機の想像図 (C) Airbus
エアバスのエンジニアリング担当上級副社長Jean-Brice Dumont氏「水素はジェット燃料とは異なる体積エネルギー密度をもっているため、従来の航空機とは別の貯蔵方法や構造を検討する必要がある。すなわち、将来のゼロ・エミッション航空機は、外観が大きく変わることを意味する。今回見せた3つの構成は、さらなる探求のためのエキサイティングな示唆を提供してくれる」と説明する。
エアバスは今後、数か月の間に、水素燃料電池と水素燃焼技術などを試験するいくつかの技術実証プログラムを開始するとしている。そして約5年をかけ、ZEROeの実現に必要な水素技術の研究、開発を実施。2025年までにZEROeプログラムを開始し、2020年代後半までに本格的な航空機のプロトタイプを完成させたいとしている。
そして、こうした技術開発が期待どおりのペースで進めば、2035年までにゼロ・エミッション旅客機の量産が開始できるだろうとしている。
実現までの課題
現在の航空機は、鉄道などと比べ、多くの温室効果ガスを排出する。国土交通省の試算では、飛行機で1km移動する際に排出される二酸化炭素は、乗客1人当たり96gとされ、鉄道は18gであり、約5倍にもなる。また、日本航空機開発協会の調査によると、全世界で排出される二酸化炭素総排出量のうち、航空輸送での排出量は約1.7%を占めるという。
このことは、気候変動への積極的な対処を訴えるスウェーデンの高校生、グレタ・トゥーンベリ氏の活動によって広く知られることとなり、欧州を中心に、「飛び恥(Flygskam:飛行機に乗るのは恥)」という言葉も生まれ、極力飛行機の利用を避けて鉄道を選ぶ運動が広がっている。
また、新型コロナウイルス感染症の感染拡大で世界的に航空機の需要が激減し、厳しい経営環境が続いていることもあって、水素で飛ぶ航空機という技術革新をもって、大きく巻き返しを図りたい考えだ。
ただ、実現のためには、エアバスだけでなく、エンジン・メーカーの協力や技術開発は、さらには水素の輸送、補給といったインフラの技術開発、整備も必要不可欠となる。
エアバスのGuillaume Faury CEOは「水素を使った航空機の実現は、航空機の気候変動への影響を大幅に軽減する可能性があると確信している」としたうえで、「ZEROeの実現には、政府や産業界のパートナーなど、航空機業界全体の断固とした行動が必要だ」と訴える。
そして実現には、研究・開発をはじめ、さまざまな分野におけるデジタル化、そして水素燃料の使用や、航空会社が古くて環境に悪い航空機を早期に退役させることを奨励するプログラムなどを推し進めることも必要であるとし、政府からの資金的な支援が鍵となる、としている。
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飛行するZEROeの想像図 (C) Airbus
参考文献
・Airbus reveals new zero-emission concept aircraft - Innovation - Airbus
・These new Airbus concept aircraft have one thing in common - Innovation - Airbus
・環境：運輸部門における二酸化炭素排出量 - 国土交通省
・『民間航空機に関する市場予測2019－2038』 日本航空機開発協会 平成31年3月
