皆さんこんにちは！
アメリカのエアタクシー開発企業ジョビーアビエーションが、水素エネルギーを
使用して、長距離の飛行を成功させました。
電動モーターだけではなく、水素という未来を見据えた開発を行っているのです。
水素電気空飛ぶタクシー実証機の航続距離目標を達成
水素電気で動く実物大の実証機が、燃料電池発電システムから排出される唯一の物質である水蒸気の流れを描きます。クレジット: Joby Aviation
ジョビー・アビエーションは、バッテリー駆動のエアタクシーの認証取得を目指し、
商用サービスの開始に向けて準備を進める一方で、すでに次のステップに踏み出し
ています。それは、液体水素と燃料電池で電動垂直離着陸機を飛行させることです。
ジョビーは、5月にバッテリー電気飛行試験を完了した試作機S4を水素電気推進の
技術実証機に改造しました。米空軍のアジリティ・プライム・プログラムがこの取
り組みを支援しています。
ハイブリッドバッテリー/水素電気推進に改造されたプロトタイプで、液体水素と
燃料電池により航続距離が 520 マイル以上に延長されます。
6月に実施された飛行試験では、遠隔操縦機はカリフォルニア州マリーナ上空で
垂直離着陸と液体水素（LH2）燃料の10％を残した状態での着陸を含む523マイル
（840km）の飛行を完了しました。これは、2021年にバッテリー電気式S4が飛行
した155マイル（250km）と比較されます。
このデモンストレーターには、直列ハイブリッド バッテリー/水素電気推進システ
ムが搭載されています。ベースライン S4 の推進ユニットはそのまま残され、6 つ
の傾斜プロペラとそれらの電気モーターはバッテリー システムによって駆動され、
飛行中に燃料電池システムによって充電されます。
デモ機の胴体には真空ジャケット付きの 40 kg (88 ポンド) の LH2 タンクと、ドイ
ツのシュトゥットガルトに拠点を置く ジョビーの子会社 H2Fly が開発した燃料電
池が搭載されています。燃料電池を冷却するための熱交換器が機首の下に取り付け
られています。
断熱タンクと熱交換器はジョビーが自社開発しました。H2Fly が開発した 175 kW
の低温プロトン交換膜燃料電池 H2F175 が使用されました。バッテリーは S4 と同
じ構造ですが、重量を軽減するために比エネルギーセルが高くなっています。
「垂直統合は、システムの構築方法において成果を上げました」と、Joby の航空機
OEM 社長であるディディエ・パパドプロス 氏は言います。「これはまさに最適化
のゲームです。垂直統合によって、デュワー、燃料電池、コンプレッサー、バッテ
リー、センサーの配置に関して適切な最適化を行うことができました。それがなけ
れば、これははるかに複雑で時間のかかるプロジェクトになっていたでしょう。」
水素電気の専門企業であるH2Flyは2021年にジョビーにひっそりと買収され、
2023年9月にはドイツのスタートアップ企業がHY4固定翼テストベッド航空機を
使用して、液体水素と燃料電池で動く航空機の初の有人飛行を行いました。
「私たちが達成できたユニークなことの一つは、既存の技術プールを活用し、バッ
テリー電気エネルギー源を取り出し、このハイブリッドバッテリー/水素電気ソリ
ューションを導入したことです。電子機器、推進システム、機体など、他のすべて
は同じままです」とパパドプロス氏は言います。「重要な点は、電気推進の力によ
り、新しい航空機構造の開発方法について非常に柔軟な方法で考えることができる
ことです。」
ベバート氏によると、水素電気のデモ機は、バッテリー電気航空機の認証やパート
135の商用航空タクシーサービスの準備に必要な資金や技術リソースをあまり利用
せずに、ジョビー社内の小さなチームによって開発されたという。
「この航空機と共通性は、バッテリー電気航空機の認証で私たちが行っている作業
の 90% を活用しています。そして、私たちの垂直統合型アプローチの真の強みは、
小さな追加投資で複合的な影響を生み出すことができることです」とベバート氏
は言います。
「当社は、パート 135 の運用、離着陸場所、ElevateOS オペレーティング システ
ムに投資しており、こうした投資とインフラストラクチャの価値は複利で増大し、
10% の追加投資で機能を大幅に拡張できます。垂直離着陸場を建設すれば、首都
圏の別の地点に移動できるだけでなく、半径 500 マイル以内のどこにでも移動で
きます。」
ジョビーは、水素電気航空機がバッテリー電気S4を補完するものだと見ています。
「バッテリー電気航空機が都市圏内の短距離旅行に利用され、水素電気航空機が
それと並行して地方旅行にも利用されるというのは、非常に相乗効果があると考
えています。」
ベバート氏は、空港は水素供給センターとなる理想的な位置にあり、燃料電池航空
機の航続距離が長いため、ネットワーク内のすべての垂直離着陸場に水素燃料補給
インフラを装備する必要はないと述べています。
「バッテリーパックが軽量な短距離の旅行であれば、バッテリー電気式が最も効
率的です」と彼は指摘。「長距離旅行をしようとすると、機体が重くなり、すぐに
大きなバッテリーだけを背負って飛ぶことになります。
「しかし、水素は 100 倍軽いため、中距離および長距離飛行に適した航空機を
製造できます」とベバート氏は続けます。「その切り替えポイントは、バッテリ
ーの比エネルギーが向上するにつれて移動します。しかし、現在、バッテリーの
エネルギー密度は 300 Wh/kg 程度であるため、切り替えしきい値は 100 マイル
程度であると考えています。」
100 マイル以上の航続距離と予備バッテリーを備えたバッテリー駆動の S4 は、
再充電せずに 15 ～ 25 マイルの飛行を数回行えるように設計されています。
ジョビーは、水素電気による航空機の運用効率に同様の価値を見出しています。
この航空機は燃料補給前に、より長距離の連続飛行を複数回行うことができるか
らです。
「水素はジェット燃料の3倍の軽さで、小型タービンがジェット燃料を推進力に
変換するのに比べて2倍の効率で水素に含まれる化学エネルギーを推進力に変換
できるため、世界で最高のエネルギーキャリアの1つです」とベバート氏。
ジョビー社は水素電気エアタクシーの開発と実用化のスケジュールを明らかにし
ていないが、タイムラインはバッテリー電気航空機のタイムラインと似ていると
述べています。同社は2009年に設立され、2015年にFAAと協力し、バッテリー
電気航空機の規制に取り組み始めました。
「当社は2018年に正式な認証を開始しました。現在、すべてのエリア固有の認証
計画が合意に達しており、テストも順調に進んでいます」とベバート氏は言います。
S4のFAA認証は2025年に予定されている。「バッテリー電気を市場に投入するこ
とで築いた関係は、水素電気の分野での話し合いを始める上で貴重な足がかりとな
ると期待しています」と同氏は言います。
「H2Fly は 10 年ほど前に [水素電気推進に取り組み] 始めましたが、現在では現
在の機体と統合して実証できる段階にまで来ています」とパパドプロス氏は言いま
す。「これで次のステップ、つまり認証フレームワークに移行し、航空機がどのよ
うな外観になるかという準備が整いました。」
「FAA は通常、技術を実証した後に関与したがります」と彼は付け加えます。
「これは、技術が何を実現できるかを理解するだけでなく、技術のどこに弱点が
あるのか、そして安全で信頼性の高い飛行機を導入するためにそれをどのように
軽減する必要があるのかを理解する上でも重要です。」
ベバート氏は、水素電気航空タクシーが、空港の液体水素インフラへの投資を正当
化する需要を刺激する方法を提供すると考えているのです。
「航空業界全体が、持続可能性の観点からだけでなく、運用経済の観点からも、
水素が航空業界にとってどれほど大きな変革をもたらすかを認識していないと思い
ます」と彼は言います。「水素電気は、私の見解では、数世代にわたって航空業界
に最も大きな混乱をもたらすものの一つになるでしょう。」
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