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氢是否会成为航空业的未来?

2022-06-24 17:24 中国航空报 钟旖

中国航空报讯:据CNBN报道,空客公司正在英国建立一个专注于氢技术的研究机构——零排放发展中心(ZEDC),这一研究机构将围绕“低温燃料系统”开展工作。据了解,第一个功能齐全的低温氢燃料箱将在2026年开始飞行测试。

零排放发展中心位于英国布里斯托的菲尔顿镇,该中心的主要目标之一就是围绕空客所提出的“具有成本竞争力的低温燃料系统”展开工作,空客将在下一代飞机设计上尝试使用这些新技术。未来,除了位于英国的零排放发展中心之外,空客在西班牙、德国和法国也会逐步设置类似的研究机构。空客表示:“所有的研究机构预计将在2023年全面投入使用,并为地面测试做好准备。”

比起竞争对手——波音的谨慎,空客对氢能的态度则积极许多。空客认为氢能是未来空中交通领域实现碳中和的核心技术之一。2020年9月,空客发布了ZEROe概念,并公布了3型零排放“混合氢动力”概念飞机,这些飞机将搭载这一系统。空客曾表示,预计在2035年底前将氢动力飞机推向市场。

氢能到底为何受航空青睐?未来前景又怎样呢?

 现实的呼唤

航空业对环境的影响是显著的。统计报告显示,从2013年到2019年,全球民航运输业碳排放量已超过国际民航组织预测值的70%。气候行动追踪组织将航空业碳中和发展目标进展评为“严重不足”。如果不加控制,到2050年全世界将有25%的碳排放来自航空业。世界自然基金会(World Wildlife Fund)将航空描述为“全球气候温室气体排放增长最快的来源之一”。

联合国下属的国际民用航空组织于2016年通过了国际航空业碳中和和减排计划,要求航空公司对国际航班超出基准线的二氧化碳排放进行补偿,国际航线将背负更大的碳减排压力。尤其是在民航领域,极高的投资成本、较长的研发应用周期以及超高的安全性要求,使其成为最难实现近零排放的领域。

今年早些时候,空客公司首席执行官纪尧姆·福里在接受CNBC采访时说:“如果我们不能以合适的速度实现脱碳,航空业将可能面临重大发展障碍。”

如何使航空业有效降低碳排放?航空运输业碳排放主要有三大来源:航空燃油燃烧、与飞机相关的地面排放和航空相关的电力使用等,其中航油燃烧约占总排放量的79%,是碳排放的大户。因此,航空运输业降低碳排放最高效的做法就是在航空燃料替代上做文章。

氢的希望

氢的应用范围广泛,也可以通过多种方式生产,其中一种方法是电解,将水分解成氧和氢。如果在这个过程中使用的电力来自可再生能源,如风能或太阳能,那么可称之为绿色或可再生氢。

使用氢燃料的燃气涡轮发动机早已被应用于工业领域,因此这并不是一个新概念。不过,这种发动机用在飞机上还面临挑战,因为氢气燃烧的温度远高于煤油。

对此,空客显然充满信心。今年2月,空客宣布将与CFM国际公司联合开发一架技术测试飞机,预计可于2025年投入使用。这架测试飞机的机身后部将安装第五台发动机(一台使用氢燃料的传统燃气涡轮发动机),并且还将安装四个氢燃料罐。福里说:“将氢飞机推向市场是空客中长期的目标,因为这是真正的终极解决方案。”同时他也承认,这需要大量的工程、研究和资本投入。

空客并不是唯一 一家打算在航空领域使用氢燃料的公司。今年4月,德国宇航中心(DLR)牵头开展328H2-FC项目,这一项目将主要验证氢在航空运输中的应用潜力。航空公司ZeroAvia也表示,他们正在开发一种19座的飞机——这种飞机将“完全依靠氢气飞行”。2020年9月,该公司的一架6座氢燃料电池飞机完成首飞。

反对的声音

有不少人认为,氢燃料发动机在航空领域的发展仍面临巨大挑战。首先,在未来一段时间内,氢能仍将处于供不应求的状态;其次,机场缺乏为氢动力飞机提供补给的基础设施。更大的困难还在于技术:氢动力飞机,氢单位体积能量密度偏低,相同能量的燃料,储存液态氢所用的加压燃料箱体积约为常规飞机油箱的4倍,且燃料箱必须绝热并增压,这些严苛的条件将可能限制氢燃料飞机普及。

从商业角度来看,前路也困难重重。目前,可持续航空燃料在全球范围内尚未大规模商业应用,首要原因是生产成本高昂,不同技术对应的可持续航空燃料生产成本是传统航空燃油的2~3倍。现阶段,航空公司无法承受用可持续航空燃料大规模替代常规航油的成本压力。另一个原因是产能不足。由于原料收集成本高、量产不足,以及市场规模过小等,目前国内只有少数厂商在进行可持续航空燃料的自主生产。

责任编辑:intern2