運輸部門是名副其實的溫室氣體,「零排放」陸地運輸非常普遍,但是在航空運輸市場中,零排放的目標似乎遙不可及。空中巴士公司希望改變這種狀況,該公司將賭注押在氫動力零排放飛機上。今年9月,這家全球最大的飛機製造商宣布將在五年內推出商業上可行的氫動力概念飛機。
該計劃得到了法國,西班牙和德國政府等主要股東的支持,這些國家承諾到2050年實現碳中和。但是即使有幫助,這也是一項艱巨的任務,需要重塑價值數萬億美元的航空業。
氫動力零排放飛機的發展面臨許多挑戰:這種高度易燃的燃料難以安全存儲和使用。當前,沒有機場提供飛機氫燃料加油服務,並且氫燃料本身的生產成本也很高。
氫動力不是空中巴士的首選。空中巴士公司的工程師和羅爾斯·羅伊斯控股公司花了數年的時間研究電池在飛機上的用電,但今年早些時候擱置了該項目。儘管電池廣泛用於汽車和公共汽車,但它們產生的能量相對較低。為了產生足夠的功率來支持飛機的長途飛行,電池組的重量會使飛機不堪重負。
領導空中巴士公司實驗項目的工程師Glenn Llewell Yn說:「氫燃料是最有前途的能源,它使我們能夠使用可再生能源為飛機和航空提供動力。電池技術的發展速度尚未達到我們需要實現我們的雄心壯志。」
統計數據顯示,航空業在2019年向大氣排放了超過10億噸二氧化碳。儘管由於新的冠狀肺炎流行,今年的排放量將暴跌,但這種下降將是暫時的。
與散發二氧化碳的溫室氣體化石燃料不同,氫燃料的主要副產品是水蒸氣。如今,大多數氫氣都用於煉油和化工生產,幾乎所有氫氣都是從天然氣或煤炭中提取的。但是氫也可以通過電解水產生,但是成本更高。
如果此過程由風能和太陽能等可再生能源驅動,則可以大量使用這種燃料而不會產生任何溫室氣體。這是空客計劃要做的。該公司估計,所謂的「環保氫氣」有可能將航空業的排放量減少一半。
Llewellyn的團隊正在研究三架氫動力概念飛機,即經典商用飛機,渦輪螺旋槳飛機和噴氣飛機。他們都將使用改良的燃氣渦輪發動機,並在燃料電池中發電。
主要問題是如何儲存氫。由於飛機比目前使用的汽油和煤油混合物需要更多的燃料,因此無法像目前的燃料一樣將其存儲在機翼中。這意味著氫燃料可能會進入機身。或者,設計人員可能需要考慮加長尾巴,以便氫罐可以存放在將機艙與飛機非加壓部分分開的區域中。
勒韋林說,空中巴士公司也在考慮其他解決方案,包括將氫氣儲存在機翼下方的吊艙中或飛機下方的空間中。混合機翼模型將是最理想的儲氫模型,因為它將具有更多的機艙空間,但其新設計也是最難獲得飛行認證的模型。因此,空中巴士至少在最初可能會堅持使用經典的飛機底盤。
該公司計劃在未來五年內開發這些概念飛機並進行飛行演示。到2025年,空中巴士公司將決定是否花費數十億美元來實際開發氫動力飛機。選擇供應商和製造地點將需要兩年時間,這意味著生產可能會在2028年左右開始。
空中巴士公司表示,如果一切順利,首架氫動力飛機將在2035年開始運送乘客。呂林說:「該項目在空中巴士公司中具有很高的優先級。我非常樂觀,我們能夠按時完成任務。」
空中巴士公司希望到2035年,氫燃料的價格將足以與化石燃料競爭,並且將有足夠的機場來支持氫動力飛機,從而使其成為航空公司的誘人選擇。
在未來幾年中,氫動力飛機將受到更多青睞,因為世界各國政府正在推廣氫作為減少碳排放的一種方式。歐洲,中國和日本等主要經濟體都計劃擴大低碳氫生產,這是實現零淨目標的關鍵戰略。到2030年,這將有助於降低環保氫氣的成本,使其與從化石燃料中提取的氫氣相當。
由前空客高管保羅·埃雷緬科(Paul Eremenko)創立的初創企業Universal Hydrogen已經在研究解決機場問題的方法。該公司已經開發出塗覆有芳族聚醯胺纖維的膠囊,可以在將氫氣用於飛機之前進行存儲和運輸,這意味著機場將不必在昂貴的基礎設施上進行投資,例如管道和氫氣存儲設施。埃雷緬科說,他的公司已經與空客,波音和中國商飛討論了其技術的使用。
空中巴士公司正在尋求使用液態氫,液態氫將比氣體佔用更少的空間,但同時也面臨著其他挑戰。華盛頓州立大學氫特徵能量研究實驗室的創始人Jacob Leachman說,制氫的技術在50年中幾乎沒有改變。但是,對液態氫的需求增加可能會導致大型製造商投資於更好的技術,以減少生產過程中使用的能源並使生產更加經濟。
一旦技術得到驗證,飛機項目通常需要至少五到六年的時間來開發,這意味著空客只有七到八年的時間才能建立包括氫生產商,製造商和機場在內的整個生態系統。如果找不到降低每個連結成本的方法,那麼一切都會白費。呂林說:「僅僅開發技術上可行的東西並沒有多大意義,因為最終沒有人能夠負擔得起飛行的費用。除非我們創造出經濟的東西,否則我們將不會減少影響在氣候上飛行。」