Preflight fuel planning for hydrogen aircraft

There is a strong drive to achieve decarbonization in many industries and fields. The aviation sector is one of the significant contributors to CO2 emissions. In Europe alone, it accounts for 3.8% of total CO2 emissions. Many environmental goals have been set for the industry to reach net zero carbon dioxide emissions by 2050. Most of these goals insist on reducing the industry's dependency on conventional jet fuel, and looking for alternative eco-friendly fuels or energy sources. A strong focus is now on hydrogen as a substitute for aviation fuels. The focus of this work is to address one of the main areas of hydrogen transition in aviation, which is preflight fuel planning. It is a crucial part of aircraft operations since it considers many factors to determine the optimal fuel amount for a desired flight. The work in this thesis will use the results of prior studies and research papers on hydrogen aircraft performance and fuel consumption. Furthermore, a hydrogen fuel pricing model which forecasts liquid hydrogen fuel prices in 2050 will be adopted. This thesis will present a methodology for preflight fuel planning while considering many factors like hydrogen fuel prices and limits on extra fuel burn due to fuel tankering. Given a flight schedule, fuel amounts and corresponding total prices are calculated for each flight. This methodology will also be applied to real-life case scenarios in three European airports, to account for the effect of availability of hydrogen at different airports.

C'è una forte spinta a raggiungere la decarbonizzazione in molti settori, tra i quali il settore dell'aviazione, che è uno dei principali responsabili delle emissioni di CO2. Infatti, in Europa, rappresenta il 3,8% delle emissioni totali di CO2. Sono stati fissati molti obiettivi ambientali per il trasporto aereo, con l’obiettivo di annullare le emissioni nette di anidride carbonica entro il 2050. Pertanto, è necessario ridurre la della dipendenza del settore dal kerosene, investendo sulla ricerca di carburanti o fonti energetiche alternative ecosostenibili. Una forte attenzione è ora rivolta all'idrogeno, considerato l’alternativa più promettente per l’aviazione. L'obiettivo di questo lavoro è la valutazione di un aspetto fondamentale della transizione all'idrogeno nell'aviazione, ovvero la pianificazione del carburante prima del volo. Si tratta di una parte cruciale delle operazioni di volo, dato che molti parametri incidono sulla pianificazione del carburante richiesto per un dato volo, per il quale si può ricercare un ottimo a fronte di determinate condizioni operative. Il lavoro di questa tesi parte dai risultati di studi e ricerche precedenti sulle prestazioni degli aerei a idrogeno e del relativo consumo di carburante. Inoltre, si sviluppa un modello di prezzo del carburante a idrogeno a seconda dell’aeroporto, nello scenario temporale del 2050. Questa tesi presenta una metodologia per la pianificazione del carburante prima del volo, tenendo conto di molti fattori come il prezzo dell’idrogeno e vincoli sul consumo aggiuntivo di carburante, imputabile a un riempimento del serbatoio maggiore dello stretto necessario. Dato una certa programmazione dei voli, per ogni missione vengono calcolate le quantità di carburante e i relativi prezzi totali. Questa metodologia è applicata anche a scenari reali in tre aeroporti europei, per valutare l’impatto della disponibilità dell’idrogeno nei vari scali.