Hydrogen fuel cell integrated turbofan engines offer lower costs when climate impact accounted for aviation purposes
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Notice bibliographique
Résumé
The aviation sector is projected to account for over a quarter of global greenhouse gas emissions in the coming decades. Current reliance on kerosene-fueled turbofan engines leads to significant fuel losses, low exergy efficiency, and severe environmental impacts. This study proposes and evaluates a hybrid turbofan configuration that decouples the fan-stage from the turbine using a solid oxide fuel cell (SOFC) powered by hydrogen. The system is assessed through a comprehensive thermodynamic, exergoeconomic, and exergoenvironmental framework, benchmarked against conventional engines. Thermodynamic cycle analysis shows that SOFC integration improves overall thermal efficiency by approximately 14–22% in the core, with gains of ∼0.3 in thermal efficiency. Despite a 40% increase in relative system cost due to hydrogen and SOFC complexity, exergoeconomic evaluation indicates long-term savings from lower fuel consumption. Exergoenvironmental analysis reveals an 89% reduction in emission damage cost and a 68% drop in total environmental impact, with hydrogen eliminating CO 2 , SO 2 , and UHC emissions and reducing NO x by 35%. Climate simulations indicate that SOFC hybrids lower the aviation-induced global surface temperature rise by over 75% through 2100. The system achieves over $26 million in avoided environmental damage over its operational lifetime. While the SOFC hybrid engine entails higher initial investment and design complexity, it offers a practical and forward-looking solution for aviation decarbonization. The proposed configuration aligns with international climate targets and presents a viable transition pathway for future aircraft propulsion systems.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
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| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
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| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
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| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
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