脫碳倒計時開啟 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》認為，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世紀初萊特兄弟的第一架飛機成功試飛；第二次革命是上世紀50年代，渦輪式風(fēng)扇發(fā)動機的問世宣告航空業(yè)進入黃金時代。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。”西門子團隊已初步完成了油電混合推進系統(tǒng)的設(shè)計、研發(fā)與試飛工作。2015年，西門子推出的電動飛機電機，重量僅為50公斤，但功率卻高達260千瓦，實現(xiàn)了全球首架250千瓦級電動飛機的首飛。未來，通過電力系統(tǒng)的不斷優(yōu)化和電池技術(shù)的進步，西門子希望研發(fā)出滿足100座的混合動力航空裝置。

 

　　對于法國同行，該問題的答案同樣是一個字：氫。法國民用航空研究委員會（Corac）今年1月發(fā)表了航空運輸脫碳技術(shù)路線研究報告。該報告認為，未來需要通過不斷提升氫能飛機所占比重來實現(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，利用降低油耗和生物燃料實現(xiàn)碳中和；2035年推出短途氫能飛機；2045年推出中程氫能飛機；至2050年，氫技術(shù)可為航空業(yè)全部碳中和貢獻29%。在另外一項更為激進的歐洲聯(lián)合研究報告則指出，用氫代替燃油可將航空運輸對氣候的影響降低50%到70%。

 

　　電和氫是目前兩個主要的推進技術(shù)研發(fā)路線。

 

　　法國蒙田研究所報告對此指出，考慮到儲電池和燃料電池的能量密度，純電力推進的應(yīng)用將主要是小型飛機。對于大型飛機，混合電動推進可作為實現(xiàn)完全電氣化的過渡技術(shù)?；旌想娏ν七M可以通過將傳統(tǒng)發(fā)動機與電力推進串聯(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座以上的全電動飛機難以在2050年前投入使用。19座以下的小型飛機業(yè)務(wù)正在增長，但目前僅占全球航空總排放量的不到1%。對于中遠程大型飛機，更為現(xiàn)實的技術(shù)選擇似乎只有氫氣和可持續(xù)航空燃料（SAF）。這里的氫推進與依靠氫氣發(fā)電的燃料電池不同，氫推進飛機是將氫氣燃燒作為發(fā)動機燃料。

 

　　目前，歐美主要國家都將氫推進視為飛機脫碳的最佳候選者，也是2035年可實現(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)動機的熱效率，并且是零碳排放。從發(fā)動機制造商的角度來看，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。即使有必要進行調(diào)整，發(fā)動機的90%都可能保持不變。選擇氫的主要困難在于飛機上的存儲問題，相同的機載量下，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攝氏度低溫儲存，儲罐材料對隔熱、抗振動和沖擊、承重、密封有很高要求，需要專門開發(fā)一種能夠在飛機應(yīng)用要求下承受熱循環(huán)和壓力循環(huán)的液氫儲罐。

 

　　根據(jù)法國蒙田研究所的預(yù)測，為了實現(xiàn)2050年脫碳目標，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）可以基于混合電力推進和氫燃料電池實現(xiàn)脫碳；占航空排放約67%的中短途航班（主要為100至250個座位的中型客機）可以主要依靠氫推進技術(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）還需要依靠可持續(xù)航空燃料。

 

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

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