脱碳倒计时开启 全球航空业能否“氢”装上阵

 

　　虽然航空业并非碳排放的超级大户，但绝对是碳减排的“困难户”，主要原因在于长途飞行还显著依赖于化石燃料，要实现航空脱碳，技术上能否取得突破是关键。

 

　　法国《回声报》认为，当前航空业即将迎来第三次航空革命。第一次航空革命是20世纪初莱特兄弟的第一架飞机成功试飞；第二次革命是上世纪50年代，涡轮式风扇发动机的问世宣告航空业进入黄金时代。那么第三次航空革命究竟是什么？

 

　　德国西门子电力飞行技术负责人弗兰克·安东博士对此毫不犹豫地给出他的答案：电。安东指出：“电力推进技术是航空业的发展方向，否则航空业将没有未来可言。”西门子团队已初步完成了油电混合推进系统的设计、研发与试飞工作。2015年，西门子推出的电动飞机电机，重量仅为50公斤，但功率却高达260千瓦，实现了全球首架250千瓦级电动飞机的首飞。未来，通过电力系统的不断优化和电池技术的进步，西门子希望研发出满足100座的混合动力航空装置。

 

　　对于法国同行，该问题的答案同样是一个字：氢。法国民用航空研究委员会（Corac）今年1月发表了航空运输脱碳技术路线研究报告。该报告认为，未来需要通过不断提升氢能飞机所占比重来实现行业脱碳。在其规划的路线图中，法国可在2030年推出新一代中短途飞机，利用降低油耗和生物燃料实现碳中和；2035年推出短途氢能飞机；2045年推出中程氢能飞机；至2050年，氢技术可为航空业全部碳中和贡献29%。在另外一项更为激进的欧洲联合研究报告则指出，用氢代替燃油可将航空运输对气候的影响降低50%到70%。

 

　　电和氢是目前两个主要的推进技术研发路线。

 

　　法国蒙田研究所报告对此指出，考虑到储电池和燃料电池的能量密度，纯电力推进的应用将主要是小型飞机。对于大型飞机，混合电动推进可作为实现完全电气化的过渡技术。混合电力推进可以通过将传统发动机与电力推进串联或并联组合。这一概念已在汽车行业长期应用。

 

　　根据目前的技术展望，100座以上的全电动飞机难以在2050年前投入使用。19座以下的小型飞机业务正在增长，但目前仅占全球航空总排放量的不到1%。对于中远程大型飞机，更为现实的技术选择似乎只有氢气和可持续航空燃料（SAF）。这里的氢推进与依靠氢气发电的燃料电池不同，氢推进飞机是将氢气燃烧作为发动机燃料。

 

　　目前，欧美主要国家都将氢推进视为飞机脱碳的最佳候选者，也是2035年可实现的主要技术解决方案之一。氢燃料的优势在于燃烧温度高，可以提高发动机的热效率，并且是零碳排放。从发动机制造商的角度来看，用氢代替燃油并不困难，主要是解决氢燃烧带来的材料耐高温问题。即使有必要进行调整，发动机的90%都可能保持不变。选择氢的主要困难在于飞机上的存储问题，相同的机载量下，氢燃料的重量是传统燃油的三分之一，但所占体积是燃油的4倍，这需要对飞机结构做出调整。且液态氢需要在零下253摄氏度低温储存，储罐材料对隔热、抗振动和冲击、承重、密封有很高要求，需要专门开发一种能够在飞机应用要求下承受热循环和压力循环的液氢储罐。

 

　　根据法国蒙田研究所的预测，为了实现2050年脱碳目标，目前占全球航空排放约3%—4%的区域航班（主要为100座以内小飞机）可以基于混合电力推进和氢燃料电池实现脱碳；占航空排放约67%的中短途航班（主要为100至250个座位的中型客机）可以主要依靠氢推进技术；占航空排放约30%的长途航班（主要为250座以上的大型客机）还需要依靠可持续航空燃料。

 

　　除了推进技术外，航空脱碳还需要在改善空气动力学，优化引擎性能，增加数字化等渐进性技术领域取得进展。

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