航空部門の排出量は現在、気候変動の影響全体の3.5～4%を占めており、2000年から2019年の間に53%増加しました。
業界は、世界の気候目標との整合性を保つため、飛行中の直接排出をゼロにできる推進技術を採用しなければなりません。
新規設計の機体にゼロから組み込まれた水素電動推進は、持続可能な航空に向けた最も実現性の高い道筋を提供します。
航空の炭素強度が上昇し続けるなか、従来の推進システムと機体アーキテクチャのアプローチでは不十分になりつつあります。
2000年から2019年の間に、航空からの排出量は53%増加しており、二酸化炭素（CO₂）だけでなく、この部門による大気への影響全体を考慮すると、現在は気候変動の影響全体の約3.5～4%を占めています。
したがって航空業界は、燃焼や、パーム油由来のバイオ燃料や化石燃料由来の電力で製造された合成燃料など、ライフサイクル上の重大な問題を伴う燃料源に頼ることなく、世界の気候目標との整合性を保つために、飛行中の直接排出をゼロにできる推進技術を採用しなければなりません。
Beyond Aeroは、新規設計の機体にゼロから組み込まれた水素電動推進が、技術的に最も実現性の高い道筋であると考えています。本稿では、このアーキテクチャが2050年までにビジネス航空から地域航空、そして最終的には商用市場へとどのように拡大できるかを概説します。
なぜバッテリーやバイオ燃料ではなく水素なのか？
ジェット燃料は約12,000 Wh/kgのエネルギーを供給しますが、これは現在の最高性能のバッテリーが達成している約250 Wh/kgを大きく上回ります。この根本的な制約により、現在のバッテリー電動航空機は、準地域内の短距離飛行や軽量の積載量に限定されています。
一方、水素は、電動システムに搭載された場合、合成燃料に比べて8倍のエネルギー効率を提供し、また、あらゆるバッテリーや持続可能な航空燃料（SAF）の代替品よりも重量当たりの比エネルギーが高くなります。
パワー・ツー・リキッドSAFなどの合成燃料は既存の航空機で使用できますが、その燃焼では依然として窒素酸化物（NOx）や、特に高高度で飛行機雲を生じさせる微粒子が発生します。これらの燃料は、効率性と拡張性の面でも深刻な課題に直面しており、水素電動アーキテクチャと比べておよそ3.5倍効率が低くなっています。
一方、水素燃料電池は、電気化学反応を通じて水素を電気に変換し、排出物として熱と水のみを生成します。燃焼がないため、煤も窒素酸化物もなく、飛行機雲も生じない可能性があります。これは、航空のCO₂以外の影響が精査されるなかで重要な検討事項です。
水素電動航空機の設計
水素電動推進の可能性を十分に活用するため、Beyond Aeroはゼロからの設計思想を採用しており、次世代の動力源の独自のアーキテクチャと要件を中心に、機体をゼロから開発しています。
既存のプラットフォームを改造するのではなく、同社は初号機であるBYA-I軽量ジェット機を、性能と製造容易性の両方に最適化された、専用設計の水素電動航空機として開発しています。水素推進による初の電動航空機は、最大6名の乗客を最大800海里（1,500km）運べるよう設計されており、これは同種のバッテリー電動航空機の5倍の航続距離です。
追加の重量と空力抵抗による性能上の妥協を抱える後付けのジェット機とは異なり、BYA-Iは燃料電池、水素タンク、電動推進システム、熱管理システムを当初から統合しています。この全体的な構成により、重量配分、冷却効率、空力特性が向上します。これらは8.6トン未満の航空機において、航続距離、安全性、認証にとって重要な要素です。
現代の水素燃料電池は、すでに8.6トン未満の航空機に動力を供給するのに十分な効率と軽量性を備えています。生産規模が拡大するにつれ、性能とコストのさらなる改善が見込まれています。
当初から航空にデジタル基盤を組み込む
新しい推進システムと並行して、機体アーキテクチャは設計段階からデジタルシステムを活用しなければなりません。航空のデジタル化は通常、既存のプラットフォームの上に重ねられてきましたが、新規設計の電動航空機では、構想段階からデジタル基盤を組み込むことが可能になります。これには以下が含まれます。
パワープラントおよび構造部品のセンサー豊富な健全性監視。
飛行効率と操縦性を支援するフライ・バイ・ワイヤ方式の航空電子機器。
機群全体のデータを処理し、将来の飛行を最適化するクラウドベースの機械学習。
リアルタイムの診断、経路調整、ユーザーインターフェースのパーソナライズを可能にする機上エッジコンピューティング。
運航者にとって、このアーキテクチャは実用的な利点につながります。具体的には、乗務員の自動スケジューリング、予知保全、機群全体の負荷分散です。パイロットにとっては、気象および性能データに基づくリアルタイムの経路最適化により、飛行前の準備と飛行中の不確実性が軽減されます。これらは生活の利便性を高めるものではなく、ダウンタイムの削減、可用性の向上、資産のより効率的な活用を実現するアーキテクチャ上の基盤です。
機体のネイティブなソフトウェアおよびハードウェア環境に統合されると、デジタル化は飛行の安全性、運用効率、機群の適応性の中核となります。
ビジネス航空を足がかりとして
ビジネス航空は航空業界における最も取り組みやすい分野であり、水素への移行が最初に進むと考えられます。その理由は以下のとおりです。
認証上の利点：CS23／FAR23に分類される機体（通常8.6トン未満）は、大型商用機に課される、より厳格な要件と比べて、より合理化された低コストの認証プロセスの恩恵を受けます。
運用上の適合性：ビジネス航空の70%以上の便は1,000km未満であり、90%は2,000km未満です。これは水素電動の航続能力の範囲内に十分収まります。
コスト効率：OEM燃料電池システムは、タービンに一般的な高温サイクルや回転部品を排除するため、整備要件を大幅に削減します。予備データでは、同等のターボプロップ機やジェット機と比べて運用コストが20%以上低いことが示されており、これはProject Fressonの成果に裏付けられています。同プロジェクトでは、推進システムの整備コストを最大50%削減できることが実証されました。また、長期的な水素燃料コストの予測では、2030年までにJet A-1と同等、またはそれより有利な価格水準に達する見通しが示されています。
水素の補給に関する懸念は、ますます解決可能になりつつあります。2023年時点で、世界中に1,000か所以上の補給ステーションが存在しており、2021年から2023年にかけて60%増加しています。
航空分野では、最近発行されたSAE AIR8466報告書が、空港に水素補給システムを設置するためのベストプラクティスと技術ガイドラインを定めており、気体および液体の水素インフラの両方について、安全な取り扱いと互換性を確保しています。
初期導入は戦略的に絞り込むことができます。ビジネス空港の15%が世界のビジネスジェット交通量の90%を処理しています。各大陸の上位10空港に設備を導入すれば、WingXおよびEBAA Traffic Trackerによると、年間50万便以上の水素電動航空便が可能になるとされています。
水素電動航空機の拡大に向けたロードマップ
Beyond Aeroの水素電動飛行に向けたロードマップは、早期の効果をもたらし、インフラの展開を支援し、世界の気候目標に沿って拡大できるよう設計されています。
2020年から2030年までは、シード段階として、CS23／FAR23規則に基づく初号機の認証を含む基礎的な段階に重点が置かれます。これは軽量航空機カテゴリーを通じて市場投入までの時間を短縮するものです。並行して、初期の空港用水素補給インフラの展開が進められ、早期の路線の実現可能性が確保されます。水素電動システムが離陸する一方で、SAFは既存の機群の排出削減における重要な手段であり続けます。
2030年から2040年の期間には、収穫段階が始まります。この段階は、燃料電池性能と液体水素貯蔵技術の進歩を特徴とし、CS25基準で認証される70席の地域航空機の開発への道を開きます。これは、より大容量の路線で水素電動システムを検証し、地域市場全体でその関連性を拡大する上で重要な一歩となります。
2040年から2050年までには、ロードマップは統合段階に入り、スケール化された水素システムを搭載した150席の商用機の投入を目指します。これにより、現在航空関連排出量の最大24%を占める、高頻度の短距離路線を対象とすることが可能になります。これらの区分に対応することで、水素電動推進は従来のジェット燃料に代わる、信頼性が高く影響力の大きい選択肢としての地位を確立します。
機体メーカーとして、Beyond Aeroは、推進アーキテクチャと認証からインフラの展開に至るまでの、技術的に実現可能なロードマップを提案しています。これは現実世界の制約と物理法則に基づくものです。既存のエネルギー担体の限界を踏まえた設計により、現在の航空需要の大部分を占める用途において、飛行中の直接排出ゼロの達成を目指しています。
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