氢燃料飞机:航空的未来?

如今，航空业占欧盟温室气体排放量的3.6%。现代飞机使用煤油作为燃料，向大气中释放有害的二氧化碳。但如果还有别的办法呢?

一种可能的解决方案是在飞机上使用一种不会产生有害排放物的新型燃料——氢气。长期以来，氢一直被吹捧为一种可持续的燃料，现在它在航空领域的可能性越来越大，而且已经在进行测试来证明它的有效性。

使用氢燃料的飞机只会排放水，初步测试表明，它们可以和传统飞机一样快，每次飞行可搭载100多名乘客，飞行数千公里。最近一份关于氢动力航空潜力的报告称，这种飞机最早可能在2035年进入市场。

实现这一目标仍面临重大挑战。但如果这些问题能够被克服，未来的航空业可能会比现在更加环保，并成为低碳世界的一个有效组成部分。

螺旋桨

氢飞机在美学上与传统飞机相似，只是需要稍长的长度。较小的飞机可能会使用螺旋桨，氢动力燃料电池提供电力推进来转动螺旋桨。更大的飞机可以燃烧氢来为喷气发动机提供动力。

6月22日发布的氢动力航空报告称，到2035年，氢可能被用于为商业客机提供动力，飞行距离可达3000公里。到2040年或更晚，中程飞行距离达到7000公里也应该成为可能，传统航空只剩下远程飞行。

“到2035年，短程飞机应该是可能的，”燃料电池和氢联合事业的执行董事巴特·比拜克博士说。燃料电池和氢联合事业是一个欧洲公私合作伙伴关系，旨在加速这些技术的市场引入。“这意味着在欧洲的土地上，你可以用氢动力飞机连接欧洲所有的大城市。到2050年，雄心勃勃的计划是40%的(欧洲航空)机队将由氢动力驱动。”

实现这些目标将取决于许多因素。首先，氢储存技术需要进步，以便在飞机上携带足够的液态氢进行这些旅行。需要设计将氢运输到机场的新方法，以便飞机可以在跑道上加油。此外，需要重新设计飞机内饰，以解决如何整合所有必要的系统和管道，使商用飞机使用氢燃料。

比拜克博士说:“在集成方面，在大飞机上还没有任何进展。”这将是一个巨大的挑战。我们还需要制定很多标准、规范和法规。例如，航空氢气罐测试的要求是什么?还有很多这方面的研究尚未完成。”

然而，在开发氢飞机的基础技术方面已经取得了进展。2008年，波音公司在西班牙马德里附近的一个机场试飞了世界上第一架氢动力飞机，这架单座飞机证明了这项技术的可行性。2016年，第一架由德国航空研究机构(DLR)、乌尔姆大学和一家名为H2FLY的公司在德国建造的四座氢燃料飞机从斯图加特机场起飞。

4个组件

氢能飞机基本上有四个主要组成部分——一个安全储存液氢的储存系统，一个将氢转化为电能的燃料电池，一个控制电池功率的装置，然后是一个转动螺旋桨的马达。为了制造完全商用的飞机，这四个领域都必须得到充分的发展。

在西班牙，一个名为HEAVEN的项目正致力于将这些部件集成到一架实验飞机上。该公司正在开发一种动力系统，利用电力使螺旋桨高速转动，同时还在开发与汽车上使用的液氢储存系统类似的系统。

“这将是第一个(用于飞机的)液氢储存系统，它将与燃料电池和电动机相连，然后进行飞行测试，”DLR的约瑟夫·卡洛博士和HEAVEN团队的一名成员说。由法国液化空气公司(Air Liquide)制造的储氢装置已经建成，将于今年完工。明年将是整合时间。然后在2022年底，我们将进入太空。”

该项目正在开发的动力系统将氢气转化为扭矩来驱动螺旋桨。它效率很高，运行起来也很安静，产生的噪音与汽车的内燃机差不多，这意味着乘客应该有一个愉快、安静的飞行。

根据Kallo博士的说法，对于一架45座的飞机，氢动力螺旋桨飞机将能够达到每小时600公里的速度，而波音747的速度为每小时850公里。虽然目前的重点是螺旋桨，但开发氢动力涡轮机的工作也在进行中，这种涡轮机在更高的速度下效率更高。Kallo博士补充说:“(平行的)步骤是使用涡轮式推进，使用高速电机，噪音相对较低。”

绿色航空

目前，世界上大部分的氢气是通过重整天然气(一种化石燃料)中的甲烷产生的，而天然气会产生二氧化碳。但是，利用可再生能源的电流将水转化为氧气和氢气，并在生产过程中减少排放的“绿色氢”正在开发中。如果这是可能的，加上飞机本身没有排放，航空可能成为一种真正的绿色旅行方式。

比拜克博士说:“到2050年，我们需要成为一个碳中和的社会，航空业需要做出贡献。”当然，需要适应的不仅仅是航空业。我们都需要共同努力。但如果航空业不去碳化，我们就无法战胜气候变化。”

欧洲似乎将在这方面发挥重要作用，引领包括氢飞机在内的许多氢驱动技术的发展。卡洛博士说:“欧洲遥遥领先。”在美国和中国也有一些项目。但他们还没有显示出我们取得的进步水平。

很有可能在未来的几十年里，你从巴黎到马德里或从慕尼黑到罗马的航班可能会乘坐绿色、清洁的飞行器，这种飞行器不会产生排放，也不会对气候变化产生影响——这是对我们去碳化未来的一个令人兴奋的一瞥。

Kallo博士说:“这确实是一个从碳氢化合物航空转向氢航空的机会。”