國際航空運輸每年排放9億噸二氧化碳。假設(shè)年工業(yè)增長率為3-4%，到2050年，這個數(shù)字將增長一倍以上。顯然，世界環(huán)保已迫在眉睫。氫技術(shù)似乎是目前最有效的替代方案。

讓我們來深入了解一下這種驅(qū)動方式的現(xiàn)狀和未來可能發(fā)生的情況。

未來幾十年，氫動力飛機將發(fā)揮關(guān)鍵作用，使航空業(yè)更加適應(yīng)氣候變化。最近，由清潔天空（Clean Sky）委托開展的一項研究表明，航空系統(tǒng)創(chuàng)新和氫技術(shù)相結(jié)合，有助于將航空業(yè)所占全球變暖中份額減少90%。

但是，德國航空航天中心（DLR）執(zhí)行委員會成員、航空研究領(lǐng)域?qū)＜襌olf Henke教授表示，實現(xiàn)這一目標絕非一帆風(fēng)順：“我們?nèi)孕鑼︼w機開展廣泛研發(fā)，進一步改進燃料電池技術(shù)和液氫罐，并在地面和空中基礎(chǔ)設(shè)施方面進行重大投資。制定法規(guī)和認證標準也很重要，如此才有可能保證保證氫動力飛機安全可靠運行。”這意味著，必須在氫動力飛機可靠運行之前，澄清一些因素。盡管如此，各項倡議已經(jīng)在積極地致力于具體落實前景廣闊的飛機發(fā)動機。

是否會很快實現(xiàn)水蒸氣廢氣

行業(yè)專家估計，10到15年內(nèi)，氫氣可以大規(guī)模用于航空。根據(jù)研究結(jié)果，首個短程氫動力原型可于2028年前設(shè)計并投入使用。這一步驟意義深遠，是朝著“綠色航空”邁進的一項重要標志。航空業(yè)現(xiàn)狀則恰恰相反：除了二氧化碳以外，還排放氮氧化物（NOx）、煙塵和水蒸氣，形成軌跡和卷云，也對氣候造成了不利影響。當然，這與“化學(xué)痕跡”無關(guān)，但這些痕跡轉(zhuǎn)化為水蒸氣的改進也是喜聞樂見的。

但是，以氫動力飛機為例，未來我們還需要考慮其它環(huán)保方面的技術(shù)變化。例如，必須通過輕型油箱和燃料電池系統(tǒng)，提高整體效率，包括飛機內(nèi)部冷卻和創(chuàng)新液氫配送系統(tǒng)。我們還需要能夠燃燒氫氣的低NOx排渦輪機，及流速類似煤油的高效加油技術(shù)。

首個起飛的原型

自21世紀00年代初，各式原型便已升空。首架“純氫氣飛機”早在2016年便已經(jīng)起飛。首架“純氫氣飛機”是HY4小型飛機，由德國航空航天中心和斯洛文尼亞制造商蝙蝠（Pipistrel）公司合作設(shè)計，設(shè)有4個座位，飛行里程可達1500公里。

2020年10月，專門生產(chǎn)環(huán)保飛機發(fā)動機的飛機制造商ZeroAvia公司也緊隨其后，將一架名為“HyFlyer”的氫動力飛機送入空中?！癏yFlyer”是一架6座燃料電池飛機，預(yù)計在今年年底前進行另一次試飛，飛行里程將超過400公里。作為英國政府支持項目，計劃最早于2023年首次投入商業(yè)運營。隨后會快速推進：預(yù)計到本世紀末，推出可以容納50到100名乘客的機型。此公司認為會于2040年推出擁有200多個座位、航程超過5000公里的航班。

從中期來看，ZeroAvia公司旨在開發(fā)出10到20座飛機的技術(shù)，飛機航程將達到800公里。飛機預(yù)計客貨兩用。ZeroAvia公司甚至預(yù)計，由于燃料和維護成本較低，氫能動力總成的運營成本將低于同類煤油飛機?？陀脵C的實現(xiàn)近在咫尺！

空客公司的大計劃

空客公司雄心勃勃，計劃于2035年前推出世界上第一架零排放商用飛機。為此，這家歐洲制造公司醞釀了三個不同的概念并會實施其中的一個。這種所謂的渦輪扇設(shè)計旨在搭載120至200名乘客，完成約3700公里的中程運輸。這個概念低于目前多家航空公司使用的基線A320neo，但是如果很好地將速度控制在800公里/小時，使用氫推進也會達到同樣巡航速度。

第二種設(shè)計是渦輪螺旋槳飛機，采用螺旋槳驅(qū)動，可搭載100名乘客短途飛行，時速600公里/小時，比現(xiàn)有的渦輪螺旋槳飛機快100公里/小時。特殊之處在于哪里呢？這兩種設(shè)計均采用經(jīng)改進的燃氣輪機驅(qū)動，輔以由燃料電池驅(qū)動的混合動力電動機。因此，空客公司并不是重新發(fā)明動力，而是有意識地借助于“傳統(tǒng)”配置。

也許最吸引人的是氫動力“混合翼身（Blended Wing Body）”。機翼和機身形成了連續(xù)的空氣動力機身，以最佳的空氣動力學(xué)性能裝載氫氣罐。據(jù)空客公司預(yù)測，目前，渦輪螺旋槳模型是未來最有可能實施的機型。15年的具體期限雄心勃勃，但據(jù)眾多專家稱，這家歐洲旗艦公司絕對有實力做到。

有利必有弊

我們可能想要仔細了解氫本身的優(yōu)勢和劣勢

即使氫氣動力飛機不會產(chǎn)生任何危害環(huán)境的排放物，但仍有許多因素需要考慮。用氫代替煤油作為飛機發(fā)動機的能源的想法并不新鮮，但仍然存在著挑戰(zhàn)。例如，氫的能量密度是普通航空燃料煤油的三倍，而煤油的重量只有電池的三分之一。另一方面，氫的體積是煤油的四倍。此外，液氫需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，這首先意味著增加了重量 – 這是飛機制造的決定性因素。

同時，地面也需要采取適當措施，例如更大的儲罐和氫氣庫。更不用說（眾所周知的）事實，氫氣生產(chǎn)本身仍然非常復(fù)雜、十分昂貴，對于生產(chǎn)要達到環(huán)保標準的情況尤其如此。

簡而言之，在環(huán)保氫動力飛機投入市場并正常運行之前，還有許多工作要做。好在政客們已經(jīng)把它提上了議事日程。

優(yōu)勢：氫氣和飛機

對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機，煤油燃燒會產(chǎn)生包括二氧化碳在內(nèi)的許多廢氣，從而破壞氣候。另外，氫也適用于內(nèi)燃機。在這種情況下，不會釋放二氧化碳，因為氫氣不含碳。但是，這樣燃燒確實會產(chǎn)生廢氣。

相反，在燃料電池中使用氫氣不會產(chǎn)生廢氣，只會產(chǎn)生水蒸氣。燃料電池產(chǎn)生的電能可以用來驅(qū)動飛機的電動機。

氫氣是一種所謂的低溫燃料，處理起來相當復(fù)雜。氫氣是一種氣體，只在零下253攝氏度時液化，需要高壓壓縮后才能用于推進。要做到這一點，飛機必須設(shè)有雙壁、圓柱形或球形儲槽。

早在20世紀80年代，前蘇聯(lián)的工程師們就推出了三引擎Tupolev TU-154的改裝版，此機型采用氫動力，測試機名為TU-155。于1988年4月15日試飛成功（只有右側(cè)發(fā)動機使用氫氣）。

來源：石化行業(yè)走出去聯(lián)盟