脫碳倒計(jì)時(shí)開啟 全球航空業(yè)能否“氫”裝上陣

 

　　雖然航空業(yè)并非碳排放的超級(jí)大戶，但絕對是碳減排的“困難戶”，主要原因在于長途飛行還顯著依賴于化石燃料，要實(shí)現(xiàn)航空脫碳，技術(shù)上能否取得突破是關(guān)鍵。

 

　　法國《回聲報(bào)》認(rèn)為，當(dāng)前航空業(yè)即將迎來第三次航空革命。第一次航空革命是20世紀(jì)初萊特兄弟的第一架飛機(jī)成功試飛；第二次革命是上世紀(jì)50年代，渦輪式風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的問世宣告航空業(yè)進(jìn)入黃金時(shí)代。那么第三次航空革命究竟是什么？

 

　　德國西門子電力飛行技術(shù)負(fù)責(zé)人弗蘭克·安東博士對此毫不猶豫地給出他的答案：電。安東指出：“電力推進(jìn)技術(shù)是航空業(yè)的發(fā)展方向，否則航空業(yè)將沒有未來可言。”西門子團(tuán)隊(duì)已初步完成了油電混合推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研發(fā)與試飛工作。2015年，西門子推出的電動(dòng)飛機(jī)電機(jī)，重量僅為50公斤，但功率卻高達(dá)260千瓦，實(shí)現(xiàn)了全球首架250千瓦級(jí)電動(dòng)飛機(jī)的首飛。未來，通過電力系統(tǒng)的不斷優(yōu)化和電池技術(shù)的進(jìn)步，西門子希望研發(fā)出滿足100座的混合動(dòng)力航空裝置。

 

　　對于法國同行，該問題的答案同樣是一個(gè)字：氫。法國民用航空研究委員會(huì)（Corac）今年1月發(fā)表了航空運(yùn)輸脫碳技術(shù)路線研究報(bào)告。該報(bào)告認(rèn)為，未來需要通過不斷提升氫能飛機(jī)所占比重來實(shí)現(xiàn)行業(yè)脫碳。在其規(guī)劃的路線圖中，法國可在2030年推出新一代中短途飛機(jī)，利用降低油耗和生物燃料實(shí)現(xiàn)碳中和；2035年推出短途氫能飛機(jī)；2045年推出中程氫能飛機(jī)；至2050年，氫技術(shù)可為航空業(yè)全部碳中和貢獻(xiàn)29%。在另外一項(xiàng)更為激進(jìn)的歐洲聯(lián)合研究報(bào)告則指出，用氫代替燃油可將航空運(yùn)輸對氣候的影響降低50%到70%。

 

　　電和氫是目前兩個(gè)主要的推進(jìn)技術(shù)研發(fā)路線。

 

　　法國蒙田研究所報(bào)告對此指出，考慮到儲(chǔ)電池和燃料電池的能量密度，純電力推進(jìn)的應(yīng)用將主要是小型飛機(jī)。對于大型飛機(jī)，混合電動(dòng)推進(jìn)可作為實(shí)現(xiàn)完全電氣化的過渡技術(shù)?；旌想娏ν七M(jìn)可以通過將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與電力推進(jìn)串聯(lián)或并聯(lián)組合。這一概念已在汽車行業(yè)長期應(yīng)用。

 

　　根據(jù)目前的技術(shù)展望，100座以上的全電動(dòng)飛機(jī)難以在2050年前投入使用。19座以下的小型飛機(jī)業(yè)務(wù)正在增長，但目前僅占全球航空總排放量的不到1%。對于中遠(yuǎn)程大型飛機(jī)，更為現(xiàn)實(shí)的技術(shù)選擇似乎只有氫氣和可持續(xù)航空燃料（SAF）。這里的氫推進(jìn)與依靠氫氣發(fā)電的燃料電池不同，氫推進(jìn)飛機(jī)是將氫氣燃燒作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。

 

　　目前，歐美主要國家都將氫推進(jìn)視為飛機(jī)脫碳的最佳候選者，也是2035年可實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)解決方案之一。氫燃料的優(yōu)勢在于燃燒溫度高，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，并且是零碳排放。從發(fā)動(dòng)機(jī)制造商的角度來看，用氫代替燃油并不困難，主要是解決氫燃燒帶來的材料耐高溫問題。即使有必要進(jìn)行調(diào)整，發(fā)動(dòng)機(jī)的90%都可能保持不變。選擇氫的主要困難在于飛機(jī)上的存儲(chǔ)問題，相同的機(jī)載量下，氫燃料的重量是傳統(tǒng)燃油的三分之一，但所占體積是燃油的4倍，這需要對飛機(jī)結(jié)構(gòu)做出調(diào)整。且液態(tài)氫需要在零下253攝氏度低溫儲(chǔ)存，儲(chǔ)罐材料對隔熱、抗振動(dòng)和沖擊、承重、密封有很高要求，需要專門開發(fā)一種能夠在飛機(jī)應(yīng)用要求下承受熱循環(huán)和壓力循環(huán)的液氫儲(chǔ)罐。

 

　　根據(jù)法國蒙田研究所的預(yù)測，為了實(shí)現(xiàn)2050年脫碳目標(biāo)，目前占全球航空排放約3%—4%的區(qū)域航班（主要為100座以內(nèi)小飛機(jī)）可以基于混合電力推進(jìn)和氫燃料電池實(shí)現(xiàn)脫碳；占航空排放約67%的中短途航班（主要為100至250個(gè)座位的中型客機(jī)）可以主要依靠氫推進(jìn)技術(shù)；占航空排放約30%的長途航班（主要為250座以上的大型客機(jī)）還需要依靠可持續(xù)航空燃料。

 

　　除了推進(jìn)技術(shù)外，航空脫碳還需要在改善空氣動(dòng)力學(xué)，優(yōu)化引擎性能，增加數(shù)字化等漸進(jìn)性技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)展。

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