行业前瞻：翱翔蓝天，氢燃料电池飞机正在走向商业化运营

文｜动点科技

作者｜icebin

编辑｜Steven Lee

尽管专家们一致认为，氢是除小型本地航班之外的所有低排放解决方案的关键，但所有这些选择仅对行业的某些部分来说是最佳选择，而且在商业上可行之前，它们都面临着巨大的挑战——它实现起来很复杂。简而言之，化石燃料并非单一的航空解决方案。要了解氢燃料电池技术的适用范围，谨慎的做法是对非化石燃料选项进行快速而广泛的测试。电池电动飞机已经投入使用。由于使飞机起飞所需的能量密度，这些仅被认为对于较小的本地飞机是可行的。

合成和生物燃料——称为可持续航空燃料 (SAF)——理论上能够为支线飞机提供动力，但在这里，需要更多的发展才能让飞机在 100% SAF 上运行，并去除剩余的二氧化碳和有毒排放物。氢在这里发挥了作用：虽然生物 SAF 是由剩余的油制成的，例如烹饪脂肪，但氢原料可用于合成 SAF，合成 SAF 已被混合到煤油燃料中，并被荷兰 KLM 使用。即便如此，这些燃料类型在满足当前需求所需方面通常被认为是不可行的。

目前，大型支线客机唯一的零排放解决方案是氢燃料电池电力推进系统。这些使用气态氢，但使用液态氢可以实现更高的能量密度，这需要低温罐在极低的温度下储存氢气，有时在-253 摄氏度。我们稍后再讨论这个问题。虽然 SAF 和氢燃料电池都适用于支线航班，但一些飞机仍需要更远的飞行。到目前为止，洲际飞行唯一可行的非化石燃料选择是氢内燃机——这是美国宇航局多年来一直使用的将火箭送入太空的燃料。这并非完全零排放，并且有其自身的挑战。

氢是所有低排放航空解决方案的关键

在 ILA 就航空的未来进行了一系列小组讨论之后，他们的新闻办公室在结束时做出了推测：“ILA 未来实验室氢问题小组的所有参与者都同意：氢具有创造航空气候所需的一切。但也有共识认为，相关挑战是巨大的，需要全世界共同努力。”

空中客车公司的安迪雷诺兹在阿姆斯特丹举行的路透社氢能会议上证实了这一说法。空客 ZEROe 部门负责人不仅涉足氢燃料电池飞机，30 年来一直致力于航空燃油效率的研究。虽然 Reynolds 看到了 SAF 中航空脱碳的直接选择，但他说：“我们认为它 (SAF) 可能仍然不够。” 尤其是在考虑满足当前需求所需的丰富程度时。

易捷航空飞行运营主管大卫摩根对此表示赞同：“是的，SAF 的可用性是一个问题。” 如今，EasyJet 已经在航班中混合了一小部分 SAF，其他航空公司（如荷兰皇家航空公司）也是如此。

氢气可以通过多种方式生产，但只有通过可再生能源（即所谓的绿色氢气）电解制成，才能实现零排放。“能否获得廉价能源来生产可能用于生产 SAF 或直接使用的氢气将是关键。因此，我们可以在世界上获得相对便宜的能源然后生产（氢）的地方。这将是它开始的关键，” 雷诺兹解释道。

空客已经开始准备。今年 6 月，工业气体公司林德与空中客车公司签署了一份谅解备忘录，致力于在全球机场开发氢气基础设施。今年 4 月，燃料电池航空初创公司 ZeroAvia 宣布与 ZEV Station 建立新的合作伙伴关系，以开发机场的绿色加氢基础设施。与其他行业一样，由于运输氢的成本较高，氢基础设施最实惠和可行的选择是在现场或尽可能近的地方生产。去年 9 月，空中客车公司和新西兰航空公司宣布了一项联合计划，旨在研究氢动力飞机如何帮助该航空公司实现到 2050 年实现净零排放的目标。

什么时候可以期待零排放支线飞机

大型区域零排放飞机预计要到 2030 年代中期才能投入商业运营。在这里，空客和 ZeroAvia 有着明确的目标。雷诺兹说：“空中客车公司已经开始非常非常认真。我们正在研究的是一百人，一千海里大概在三十年代中期。到达那里是一个巨大的挑战，但我们相信这是可以实现的。”

对于 ZeroAvia，到达那里是一个不同的过程。ZeroAvia 不是飞机制造商，仍然是一家大约四年半的早期公司。Zero Avia 首席财务官 Katy Akulincheva 说：“我们是一家推进公司。我们不是在制造新飞机。我们正在构建一个新的动力系统，该系统最初以气态形式使用绿色氢作为输入，但随着时间的推移也使用液体，然后使用燃料电池将其转换回电能。我们很早就选择了该系统，因为它是实现真正零的最佳方法，并且还考虑了一些非二氧化碳影响。” 在这里，她指的是 SAF 和氢气燃烧产生的有毒气体，工程师和科学家仍需努力消除这些气体。

她解释说：“我们认为我们的角色是从小型飞机开始真正扩展特定的解决方案，技术已经在哪里，需要在哪里，在短期内部署它。我们的第一款产品将于 2024 年推出，可为多达 20 个座位的飞机提供动力。” 除了这些目标，她说：“随着时间的推移，我们认为技术可以扩展到更大尺寸的飞机到区域空间，并有望超越。”

就在上个月，ZeroAvia 开始与 Otto Aviation 合作，为远程 Otto 飞机开发燃料电池推进系统。ZeroAvia 的 ZA600 氢电动力系统将适用于 Otto Aviation 的 Celera 飞机。尽管空中客车公司是仅次于波音公司的世界上最大的飞机制造商之一，但对于专注于零排放的初创企业来说，却有很多钦佩和兴趣。

改造现有飞机并转向液态氢

航空业目前有大约 26,000 架商用飞机在运营。该行业脱碳的艰巨任务不仅依赖于全新飞机或在旧飞机上使用新燃料，而且还依赖于用新动力系统改造旧飞机。这是刚刚在荷兰开始的公私合作伙伴关系的目标，称为 HAPPS，代表氢飞机动力总成和存储系统。这一主要合作伙伴关系正在建立一个氢系统，可用于改造现有的支线飞机。合作伙伴希望该系统能够让商用氢动力飞机在他们的帮助下于 2028 年起飞，目标是飞机的容量为 40-80 个座位。该公司的目标是到 2024 年实现 10-20 座氢燃料商用飞机。

HAPPS 系统设想用电动机取代传统的燃烧涡轮螺旋桨发动机，电动机的动力来自位于发动机和螺旋桨后面的发动机舱中的燃料电池系统。液氢罐将放置在飞机的尾部。然而，与空客、ZeroAvia 等一样，HAPPS 将面临低温液氢储罐的挑战，以达到更高的能量密度。这一直是空中客车公司的主要关注点。

5 月，空中客车公司在英国开设了氢技术零排放开发中心 (ZEDC)。位于布里斯托尔附近菲尔顿的英国 ZEDC 的优先事项将是开发一种低成本的低温罐。根据雷诺兹的说法，“空客公司非常清楚的一点是，我们不是低温氢的专家，而且这很困难。” 然而，他补充说：“作为一名工程师，从它开始真的很有趣。因此，招募人员加入该项目不是问题。让他们保持一致并交付更加困难，并且要了解我们必须做的所有事情的规模。”

在德国，最近在这方面取得了突破：德国燃料电池飞机开发商 H2FLY 表示，已开始将液氢罐集成到 HY4 测试飞机中的最后准备工作。一项密集的地面测试计划计划于 2023 年初开始。

绿色航空有望早日实现

很快就清楚的是，无论是用于 SAF、燃料电池技术还是燃烧方案，氢是航空业超越化石燃料的未来——但它何时会扩大规模？雷诺兹在这里指出，来自氢能行业的很多人都在谈论降低绿色氢的成本。“我们在这里一直在谈论绿色氢，这在今天至关重要。” 他解释说：“你知道，这个等式的两端可能都会发生变化。煤油的价格可能会上涨，希望我们可以降低氢气的价格。空客在零排放技术上投入大量人力、资源和资金的原因是，在氢显然是首选燃料的那一天，我们可以为航空公司提供选择。”

那一天何时到来还不确定。当被问及如果石油价格——以及航空燃料的价格——上涨速度快于预期会发生什么时，雷诺兹回答说：“我们在供应方面非常非常努力地向供应商施压。速度够快吗？嗯，时间会证明一切的。”

当然，我们也期待那一天的到来，我们的飞行工具也实现绿色化，蓝天将更加清洁。

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原文始发于微信公众号（动点科技）：行业前瞻：翱翔蓝天，氢燃料电池飞机正在走向商业化运营