最近,有消息稱歐洲聯(lián)盟航空認證機構已批準一款搭載氫動力發(fā)動機的輕型商務噴氣式飛機。當然,要成功實現(xiàn)商業(yè)飛行還需要更多驗證,但至少在 10 年內,看起來有望實現(xiàn)商業(yè)運營。
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盡管仍有許多人對氫能源社會或氫能源經濟持懷疑態(tài)度,但即便如此,氫能源作為未來能源之一,正被考慮應用于多個領域。當然,有些領域已經引入了氫能源。典型的例子就是現(xiàn)代汽車的 Nexo 以及豐田 Mirai 等乘用車領域的應用實例。此外,在卡車和公交車等陸地運輸領域,以氫能源為動力源的交通工具數(shù)量也在持續(xù)增加。
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不過,這里想要討論的舞臺并非陸地,而是天空。陸地運輸工具之所以被視為大氣污染和碳排放的 “罪魁禍首”,主要有兩個原因。一方面,它們在我們的日常生活中隨處可見,容易引起人們的注意;另一方面,其數(shù)量比其他任何交通工具都要多。但人們忽略了一點,盡管海上運輸工具和接下來要討論的航空運輸領域的交通工具數(shù)量較少,但其碳排放量同樣不容小覷。
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只是,連接海洋和天空的運輸工具,與陸地運輸工具相比,由于行駛距離極長,或者存在各種技術問題,革新并非易事。即便如此,目前這兩個領域也正在迅速發(fā)生以環(huán)保為主題的革新,尤其是最近航空運輸領域的環(huán)保革新成果令人矚目。
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其中,以氫能源為動力源的氫動力飛機也在不斷涌現(xiàn)。雖然目前還處于概念階段,但最近歐洲的一家公司已經從 ESAS(歐洲聯(lián)盟航空安全機構)獲得了部分批準,并且正在持續(xù)開發(fā)技術以獲取商業(yè)運營的最終認證。
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他們采用的方式正是氫燃料電池方式。那么,為什么一定要選擇氫燃料電池呢?首先,對于飛機來說,像汽車那樣采用電池方式是比較困難的。只要了解一下內燃機和純電動汽車(BEV)的重量差異,就很容易理解這一點。當然,在地面上,這可能只是一個效率問題,但在天空中,情況就完全不同了。
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而氫燃料電池則由燃料電池堆和儲氫罐替代了沉重的電池。舉個簡單的例子,比較一下相同尺寸的車身上能行駛 600 公里的純電動汽車和現(xiàn)代汽車 Nexo 的重量,純電動汽車的重量大約是 Nexo 的 1.5 倍左右。這種重量差異在飛機上會變得非常巨大。
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Beyond Aero 這家公司清楚地認識到了這種差異,并堅信燃料電池和儲氫罐將成為未來飛機的核心部件。因此,他們采用了在機翼和機身各處安裝 6 個 700bar 的儲氫罐的方式。(這些儲氫罐在結構上與 Nexo 上搭載的儲氫罐幾乎沒有區(qū)別。)據(jù)說,給氫能源飛機充一次氫大約需要 30 到 40 分鐘,這與燃料電池電動汽車(FCEV)的情況類似,與實際飛機的燃料補給時間相比,并沒有太大差異。而且該公司還表示,通過總共六個燃料電池堆可產生 2400 千瓦的電力。
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這樣產生的電力被用于驅動安裝在機身尾部左右兩側的風扇。準確地說,是作為驅動風扇的電動機的動力。據(jù)說,兩個風扇發(fā)動機總共可產生 25000 牛的推力。Beyond Aero 公司所主張的氫燃料電池方式最大的優(yōu)勢在于運營成本非常低。
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當然,目前氫的價格比 A-1 航空煤油(用于普通客機的以煤油為基礎的航空燃料)略高一些,但與生物燃料相比,現(xiàn)在的價格仍然明顯更低。此外,預計到 2030 年左右,全球氫的價格將降至現(xiàn)在的一半,因此運營成本也有望降至一半。
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還有一個優(yōu)勢就是發(fā)動機的維護成本較低。該公司聲稱,最重要的是,由于不會產生高溫,風扇葉片因變形而導致的老化程度也非常低。此外,因為不是由復雜的液壓裝置組成的發(fā)動機,而只是由電動機和葉片來產生推力,所以使用的零部件數(shù)量大約減少了 90%。
從乘客的角度來看,乘坐這種飛機可以免受噪音干擾,而且由于飛機重量較輕,可以大量使用降噪裝置,乘坐體驗會更加舒適。
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他們目前的目標是實現(xiàn)從倫敦到法國南部一次充電即可飛行,雖然目前還只是商務噴氣式飛機的水平,但不僅 Beyond Aero 公司,目前空中客車公司也對開發(fā)采用氫燃料電池方式的客機表現(xiàn)出了興趣。未來,這種趨勢似乎還會進一步加速。低運營成本是一大吸引力,但更重要的是,這種飛機在飛行過程中幾乎不排放碳,這意味著像購買碳排放權這樣的額外支出會降低,這也可以說是一個很大的吸引力。
因此,只要能夠充分證明其穩(wěn)定性,不久的將來,我們或許就能乘坐偶爾在天空中只排放純凈水的飛機,體驗跨大陸的飛行了。