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深入:氫動(dòng)力飛機(jī)面臨的五大挑戰(zhàn)

  減少飛行中溫室氣體排放的最好方法是減少飛行,但這對(duì)航空業(yè)和數(shù)百萬(wàn)乘客來(lái)說(shuō)都是不可能的。

  相反,航空業(yè)正在尋找一種技術(shù)解決方案,使飛機(jī)在保持飛行的同時(shí)減少污染——其中一個(gè)想法是使用氫。但這是否是一個(gè)可行的解決方案,還是一個(gè)很大的問(wèn)題。
 

  以下是氫動(dòng)力航空面臨的五大挑戰(zhàn):
 

  1、尋找清潔的氫氣并不容易

  氫氣可以非常干凈,也可以非常臟——這完全取決于它是如何產(chǎn)生的。

  目前市場(chǎng)上的大多數(shù)氫氣都是所謂的灰氫,由天然氣分解而成,天然氣會(huì)排放大量二氧化碳。藍(lán)氫捕獲了這些溫室氣體,但它的成本更高,而且人們擔(dān)心將二氧化碳儲(chǔ)存在哪里。最稀有、最昂貴的是綠氫,它是利用可再生電力分解水制成的。

  綠色運(yùn)輸與環(huán)境組織(T&E)的航空經(jīng)理Carlos López de la Osa表示:“氫飛機(jī)的可持續(xù)性只能與為其提供動(dòng)力的能源一樣。”

  英美制造商ZeroAvia的首席執(zhí)行官Val Miftakhov表示:“如今,大多數(shù)用于運(yùn)輸業(yè)的氫氣并非零排放。這不是綠色氫。”

  2、氫縮短了飛機(jī)續(xù)航里程

  氫是最輕的元素,但它的能量密度比航空煤油低得多,這意味著用氫代替化石燃料驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)實(shí)際上會(huì)更重。

  它可以與氧氣一起燃燒產(chǎn)生水,為噴氣式飛機(jī)提供動(dòng)力,但它必須以液體形式儲(chǔ)存,這意味著安裝高壓罐,將高度易燃的物質(zhì)保持在零下253攝氏度以下。所有這些都增加了重量,減少了航程、貨運(yùn)和客運(yùn)能力。

  氫也可以用來(lái)為燃料電池提供動(dòng)力,發(fā)電來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳。

  根據(jù)麥肯錫2022年的一項(xiàng)研究:“按照目前的飛機(jī)設(shè)計(jì),氫動(dòng)力飛機(jī)的航程可能限制在2500公里以內(nèi)”,這是倫敦和伊斯坦布爾之間的距離。只有“重新設(shè)計(jì)機(jī)身和存儲(chǔ)技術(shù)才能在不減少可用座位數(shù)量的情況下開(kāi)啟更長(zhǎng)的航程。”

  Destination 2050是歐洲航空聯(lián)盟,旨在在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)凈零航空運(yùn)輸,該聯(lián)盟匯集了航空公司、機(jī)場(chǎng)、制造商和導(dǎo)航服務(wù)提供商。Destination 2050預(yù)測(cè),到2035年,氫動(dòng)力飛機(jī)將可用,但僅“適用于歐洲內(nèi)部的短程航線”。

  這意味著它們不能用于長(zhǎng)途飛行,歐洲空中交通管理機(jī)構(gòu)歐洲管制局表示,長(zhǎng)途飛行造成了航空業(yè)50%以上的二氧化碳排放。
 


 

  3、會(huì)很貴

  今天的機(jī)場(chǎng)是用來(lái)給飛機(jī)加油的化石燃料;它們將不得不進(jìn)行改造以供應(yīng)氫氣。

  Miftakhov說(shuō):今天的機(jī)場(chǎng)沒(méi)有氫氣。

  他確信解決方案將是“在機(jī)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)制造氫氣”,這將降低運(yùn)輸成本。

  今年1月,加州能源政策機(jī)構(gòu)加州能源委員會(huì)向ZeroAvia公司撥款近330萬(wàn)美元,用于開(kāi)發(fā)一款移動(dòng)液氫加注車(chē),該車(chē)將在利弗莫爾市機(jī)場(chǎng)與煤油一起為飛機(jī)加注燃料。

  然而,挑戰(zhàn)的規(guī)模令人生畏。

  西班牙能源跨國(guó)公司Repsol的可持續(xù)航空主管Francisco JoséLucas提到了將氫氣輸送到機(jī)場(chǎng)的困難:

  “我們還不知道氫在航空領(lǐng)域的全部潛力,而且在使其不僅在技術(shù)上可行,而且在經(jīng)濟(jì)上可行的道路上仍然存在重大挑戰(zhàn)。"

  “盡管如此,我們確信,從中長(zhǎng)期來(lái)看,這是一項(xiàng)極具潛力的技術(shù)。”

  4、繁文縟節(jié)將成為一個(gè)問(wèn)題

  可以說(shuō),航空業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)是世界上最嚴(yán)格的。這意味著改用氫氣將面臨非常高的監(jiān)管障礙。

  歐盟航空安全局(EASA)發(fā)言人Janet Northcote表示:"對(duì)于乘客少于20人的飛機(jī),這些規(guī)則是基于性能的,因此不需要對(duì)氫推進(jìn)進(jìn)行任何調(diào)整。"

  但是,“對(duì)于更大的運(yùn)輸機(jī),這些規(guī)定更具規(guī)范性,不適合目前形式的所有方面,”她說(shuō)。

  該機(jī)構(gòu)確實(shí)有一種叫做“特殊條件”的東西,它允許使用新技術(shù),并已用于空客A321XLR——一種仍在等待認(rèn)證的超遠(yuǎn)程飛機(jī)。

  但在XLR的情況下,這種特殊條件適用于中央油箱的新設(shè)計(jì),而不是為飛行提供動(dòng)力的新方式。

  Northcote表示,歐洲航空安全局正在通過(guò)該機(jī)構(gòu)的預(yù)申請(qǐng)服務(wù)與氫動(dòng)力飛機(jī)開(kāi)發(fā)商聯(lián)系。

  她說(shuō):“申請(qǐng)前流程有助于他們降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn),并使我們能夠確定當(dāng)前法規(guī)可能需要發(fā)展的地方。”

  5、非CO2沖擊

  在努力將飛機(jī)從煤油轉(zhuǎn)化為氫氣之后,即使是這樣的綠色機(jī)器也可能對(duì)氣候產(chǎn)生負(fù)面影響。

  最近的研究表明,大約50%至75%的航空氣候影響是由非二氧化碳因素引起的,如氮氧化物排放或水蒸氣,這些影響會(huì)導(dǎo)致尾跡的形成。如果這些被飛機(jī)留在空中的白云持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間,可能會(huì)加劇氣候變化。

  Matteo Mirolo是突破能源公司的可持續(xù)航空專(zhuān)家,該公司由比爾·蓋茨創(chuàng)立,也在投資開(kāi)發(fā)氫飛機(jī):

  ”氫航空對(duì)氣候的影響仍然存在疑問(wèn)。我們?nèi)匀徊恢罋錃鈱?duì)非二氧化碳方面的確切影響。”

  然而,他補(bǔ)充說(shuō),氫動(dòng)力飛機(jī)將產(chǎn)生“積極影響,與化石煤油動(dòng)力飛機(jī)相比,降低污染水平,包括顆粒物。”

  T&E的López de la Osa認(rèn)為,燃燒更清潔的氫發(fā)動(dòng)機(jī)意味著軌跡可能是短暫的。他說(shuō):“在水蒸氣附著的地方,氫氣燃燒會(huì)釋放出更少的顆粒。”

  為了測(cè)試這一點(diǎn),空中客車(chē)公司正在內(nèi)華達(dá)州進(jìn)行一次正面比較,測(cè)試類(lèi)似的氫燃料和煤油飛機(jī)。

  空中客車(chē)公司零排放飛機(jī)項(xiàng)目副總裁Glenn Llewellyn稱(chēng):“其目的是通過(guò)在形成軌跡的環(huán)境中進(jìn)行飛行測(cè)試,生成數(shù)據(jù)以了解差異。預(yù)計(jì)2024年底會(huì)有相關(guān)結(jié)果。”

  (素材來(lái)自:《科學(xué)美國(guó)人》 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合)

(文圖有侵必刪)

分享到:0  時(shí)間:2024-05-08 來(lái)源:新能源網(wǎng) china-nengyuan.com 

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