氢动力飞机会对航空业造成哪些改变

云层上方的环保

国际航运每年排放二氧化碳9亿吨。假设年工业增长率为3-4%，到2050年，这个数字将翻一番以上。显然，世界环保已迫在眉睫。氢技术似乎是目前最有效的替代方案。让我们来深入了解一下这种驱动方式的现状和未来可能发生的情况。

未来几十年，氢动力飞机将发挥关键作用，使航空业更加适应气候变化。最近，由清洁天空 (Clean Sky) 委托开展的一项研究表明，航空系统创新和氢技术相结合，有助于将航空业所占全球变暖中份额减少90%。

但是，德国航空航天中心（DLR）执行委员会成员、航空研究领域专家Rolf Henke教授表示，实现这一目标绝非一帆风顺：“我们仍需对飞机开展广泛研发，进一步改进燃料电池技术和液氢罐，并在地面和空中基础设施方面进行重大投资。制定法规和认证标准也很重要，如此才有可能保证保证氢动力飞机安全可靠运行。”这意味着，必须在氢动力飞机可靠运行之前，澄清一些因素。尽管如此，各项倡议已经在积极地致力于具体落实前景广阔的飞机发动机。

是否会很快实现水蒸气废气？

行业专家估计，10到15年内，氢气可以大规模用于航空。根据研究结果，首个短程氢动力原型可于2028年前设计并投入使用。这一步骤意义深远，是朝着“绿色航空”迈进的一项重要标志。航空业现状则恰恰相反：除了二氧化碳以外，还排放氮氧化物（NOx）、烟尘和水蒸气，形成轨迹和卷云，也对气候造成了不利影响。当然，这与“化学痕迹”无关，但这些痕迹转化为水蒸气的改进也是喜闻乐见的。

但是，以氢动力飞机为例，未来我们还需要考虑其它环保方面的技术变化。例如，必须通过轻型油箱和燃料电池系统，提高整体效率，包括飞机内部冷却和创新液氢配送系统。我们还需要能够燃烧氢气的低NOx排涡轮机，及流速类似煤油的高效加油技术。

首个起飞的原型

自21世纪00年代初，各式原型便已升空。首架“纯氢气飞机”早在2016年便已经起飞。首架“纯氢气飞机”是HY4小型飞机，由德国航空航天中心和斯洛文尼亚制造商蝙蝠（Pipistrel）公司合作设计，设有4个座位，飞行里程可达1500公里。

2020年10月，专门生产环保飞机发动机的飞机制造商ZeroAvia公司也紧随其后，将一架名为“HyFlyer”的氢动力飞机送入空中。“HyFlyer”是一架6座燃料电池飞机，预计在今年年底前进行另一次试飞，飞行里程将超过400公里。作为英国政府支持项目，计划最早于2023年首次投入商业运营。随后会快速推进：预计到本世纪末，推出可以容纳50到100名乘客的机型。此公司认为会于2040年推出拥有200多个座位、航程超过5000公里的航班。

从中期来看，ZeroAvia公司旨在开发出10到20座飞机的技术，飞机航程将达到800公里。飞机预计客货两用。ZeroAvia公司甚至预计，由于燃料和维护成本较低，氢能动力总成的运营成本将低于同类煤油飞机。客用机的实现近在咫尺！

2020年9月，第一架氢燃料电池动力商用飞机完成首次航行

空客公司的大计划

空客公司雄心勃勃，计划于2035年前推出世界上第一架零排放商用飞机。为此，这家欧洲制造公司酝酿了三个不同的概念并会实施其中的一个。这种所谓的涡轮扇设计旨在搭载120至200名乘客，完成约3700公里的中程运输。这个概念低于目前多家航空公司使用的基线A320neo，但是如果很好地将速度控制在800公里/小时，使用氢推进也会达到同样巡航速度。

第二种设计是涡轮螺旋桨飞机，采用螺旋桨驱动，可搭载100名乘客短途飞行，时速600公里/小时，比现有的涡轮螺旋桨飞机快100公里/小时。特殊之处在于哪里呢？这两种设计均采用经改进的燃气轮机驱动，辅以由燃料电池驱动的混合动力电动机。因此，空客公司并不是重新发明动力，而是有意识地借助于“传统”配置。

也许最吸引人的是氢动力“混合翼身（Blended Wing Body）”。机翼和机身形成了连续的空气动力机身，以最佳的空气动力学性能装载氢气罐。据空客公司预测，目前，涡轮螺旋桨模型是未来最有可能实施的机型。15年的具体期限雄心勃勃，但据众多专家称，这家欧洲旗舰公司绝对有实力做到。

有利必有弊

我们可能想要仔细了解氢本身的优势和劣势。即使氢气动力飞机不会产生任何危害环境的排放物，但仍有许多因素需要考虑。用氢代替煤油作为飞机发动机的能源的想法并不新鲜，但仍然存在着挑战。例如，氢的能量密度是普通航空燃料煤油的三倍，而煤油的重量只有电池的三分之一。另一方面，氢的体积是煤油的四倍。此外，液氢需要复杂的冷却系统，这首先意味着增加了重量 - 这是飞机制造的决定性因素。

同时，地面也需要采取适当措施，例如更大的储罐和氢气库。更不用说（众所周知的）事实，氢气生产本身仍然非常复杂、十分昂贵，对于生产要达到环保标准的情况尤其如此。

简而言之，在环保氢动力飞机投入市场并正常运行之前，还有许多工作要做。好在政客们已经把它提上了议事日程。