11月29日，英國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商羅羅公司，成功使用氫能源驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代航空飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。

這或許意味著，實(shí)用化的氫動(dòng)力飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)真的將要來(lái)了。

可持續(xù)航空燃料或?qū)⒈粴淙〈?/span>

隨著能源問(wèn)題日益突出，氫能作為一種清潔、高效、安全的新型能源，被證實(shí)可以在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

而羅羅公司首臺(tái)以氫能為燃料的現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)投入測(cè)試，使其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用取得了突破性進(jìn)步。

眾所周知，氫氣的能量密度幾乎是柴油或汽油的三倍，但需要冷卻至-253°C以保持液態(tài)。這給飛機(jī)燃料箱設(shè)計(jì)帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。

而隨著空客在11月完成首個(gè)低溫氫燃料箱原型的設(shè)計(jì)，這一重要難題終于得到突破。空客也預(yù)計(jì)使用氫燃料的飛行測(cè)試將在2026年至2028年間開始。

目前，航空運(yùn)輸業(yè)的排放量占全球總量的2%。雖然SAF的產(chǎn)量逐年增加，頗受航空公司的青睞，但只能減少80%的碳排放。

在各項(xiàng)研究后，行業(yè)內(nèi)正在認(rèn)識(shí)到，要想真的實(shí)現(xiàn)航空業(yè)凈零排放，氫能源動(dòng)力或許是目前最優(yōu)的選擇。

使用氫能燃料所產(chǎn)生的二氧化碳可忽略不計(jì)，在燃燒或用于燃料電池時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生任何二氧化碳。其次SAF價(jià)格過(guò)高，比傳統(tǒng)的燃料貴2~6倍。雖然SAF產(chǎn)量逐年增加，但其目前只能滿足航空業(yè)不到0.1%的需求。長(zhǎng)期使用SAF在成本上會(huì)削弱航空公司的競(jìng)爭(zhēng)力。

根據(jù)歐洲氣候智庫(kù)能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)的一項(xiàng)研究，如果氫燃料到2035年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，到2050年可能會(huì)占據(jù)32%的航空燃料市場(chǎng)份額。

英國(guó)零碳排放商業(yè)航空旅行研究機(jī)構(gòu)FlyZero得出結(jié)論，綠色氫氣是零碳排放飛行的最佳燃料，可以為一架載有280名乘客的大型飛機(jī)提供動(dòng)力，進(jìn)行洲際飛行。

航空制造業(yè)領(lǐng)先探索氫動(dòng)力

在歐洲主導(dǎo)的凈零碳排放目標(biāo)下，歐洲空客公司率先嗅到了氫能的未來(lái)前景。2020年9月，空客公司商宣布將在五年內(nèi)推出商業(yè)上可行的氫動(dòng)力概念飛機(jī)ZEROe。該項(xiàng)目還得到了法國(guó)、西班牙和德國(guó)政府等大股東的支持。

“ZEROe”包括三款概念機(jī)：

1渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

一款采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案（搭載120~200名乘客），航程超過(guò)2000海里，能夠進(jìn)行洲際飛行，由可使用氫的改型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

2“翼身融合”

一款采用“翼身融合”的設(shè)計(jì)方案（最多搭載200名乘客），航程與渦扇概念機(jī)相似。超寬的機(jī)身為氫氣的儲(chǔ)存和輸送，以及客艙布局提供了多種選擇。

3渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)

另一款采用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)（最多搭載100名乘客），航程超過(guò)1000海里。

而繼羅羅公司推出其首款可使用氫燃料的AE2100-A發(fā)動(dòng)機(jī)后。空客公司表示，正在開發(fā)一款氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，并將于2025年左右開始在其ZEROe驗(yàn)證機(jī)上對(duì)這款燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)進(jìn)行地面和飛行測(cè)試。

此前，波音公司在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手空客公布ZEROe概念項(xiàng)目后就表示：

由于技術(shù)監(jiān)管方面的障礙和技術(shù)不確定性，氫動(dòng)力客機(jī)的開發(fā)前景和應(yīng)用可行性目前尚不明朗。

目前，在客機(jī)改進(jìn)方面，波音公司正在與Atihad航空公司合作，開展“環(huán)保驗(yàn)證機(jī)”項(xiàng)目研究。

該項(xiàng)目基于新型波音787客機(jī)，重點(diǎn)研發(fā)飛機(jī)降噪和提升飛行效率等方面的相關(guān)技術(shù)。

波音公司認(rèn)為，雖然氫能源具有獨(dú)特的應(yīng)用前景，但是該技術(shù)的推廣仍面臨很大困難。

主要的難題是氫燃料的生產(chǎn)和存儲(chǔ)問(wèn)題。

目前，氫能源相關(guān)的理論、知識(shí)、應(yīng)用等研究課題仍存在很多未知領(lǐng)域。商用航空領(lǐng)域氫最早在2025年可為機(jī)場(chǎng)應(yīng)用提供機(jī)會(huì)。

除此之外，許多初創(chuàng)企業(yè)和其他小型企業(yè)也在氫動(dòng)力方面取得進(jìn)展。

美國(guó)ZeroAvia公司計(jì)劃在2025年推出600千瓦的氫電動(dòng)力系統(tǒng)，可滿足一架19座、航程480公里的飛機(jī)。到2027年，推出可滿足最多80名乘客的支線飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。ZeroAvia還與三菱、RJ航空集團(tuán)展開合作，以助其在2030年之前對(duì)更大的支線噴氣飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證。

在今年7月的范堡羅航展上，英國(guó)GKN集團(tuán)公布了低溫超導(dǎo)氫能航空技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，主要應(yīng)用19座、48座和96座飛機(jī)，計(jì)劃2026年應(yīng)用于支線飛機(jī)。該項(xiàng)目還得到了英國(guó)政府的支持，并為其投資5400萬(wàn)英鎊。

全電與氫動(dòng)力誰(shuí)更有未來(lái)？

近年來(lái)，隨著環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越受重視，航空業(yè)也不得不開始注意碳排。

電推進(jìn)飛機(jī)一直是民用航空研究熱點(diǎn)和未來(lái)的重要發(fā)展方向之一，世界多國(guó)、多家企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)的多種電推進(jìn)飛機(jī)方案持續(xù)推進(jìn)。

但目前還有多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)亟待解決，如熱管理和全電推進(jìn)飛機(jī)的重心問(wèn)題，需要開發(fā)主動(dòng)冷卻、非燒蝕高溫蒙皮等新型技術(shù)和新型高能量密度電池及相應(yīng)的能量管理技術(shù)。此外，還有電池體積問(wèn)題。

氫能污染小、既具有可獲取性、又具有安全性，不論從重量還是體積上看，氫氣都比鋰電池的能量密度大。雖然氫能飛機(jī)在儲(chǔ)存技術(shù)上存在一定困難，但隨著低溫氫燃料箱原型的技術(shù)突破，其發(fā)展前景巨大。

一年前巴航工業(yè)首次Energia系列飛機(jī)，由四款不同尺寸的概念飛機(jī)組成，分別采用了不同的推進(jìn)技術(shù)，即電動(dòng)、氫燃料電池、雙燃料燃?xì)廨啓C(jī)和混合動(dòng)力。

但經(jīng)過(guò)一年的研發(fā)，巴航工業(yè)在12月5日宣布：放棄全電機(jī)型，專注于氫和混合動(dòng)力方向。

可見，全電大型飛機(jī)在電推進(jìn)技術(shù)方面還有許多技術(shù)壁壘，有了巴航工業(yè)的前車之鑒，歐美同行或許會(huì)與其行合趨同。

而隨著羅羅、空客在可持續(xù)航空研究方面取得進(jìn)展，將有更多公司從全電動(dòng)航空轉(zhuǎn)向混合動(dòng)力或氫動(dòng)力。

雖然還不能說(shuō)氫在航空業(yè)中的使用已經(jīng)“起飛”，但可以預(yù)見其正以極快的速度發(fā)展，或許未來(lái)不久，氫燃料動(dòng)力的飛機(jī)真的會(huì)落地成真。