在這場辯論中，氫作為一種可能的航空燃料正在獲得巨大的吸 引力。雖然電池驅動飛機上有利于排放的目標，但氫可能會彌補電 池的不足(即主要是其重量)，并為緩解氣候變化提供更大的潛  力。綠色氫氣尤其如此，因為它是利用可再生電力(如太陽能或風 能)電解產生的，所以在生產和燃燒過程中不會排放任何二氧化  碳。在這方面，由 “清潔天空 2 ”研發團隊和燃料電池與氫氣聯合 企業委托麥肯錫進行的一項研究發現，到 2035 年，可靠的氫燃料 飛機將是可行的。批項目正在啟動——2020 年9 月 21 日，空客 宣布將在 2035 年前推出氫動力飛機。
 

歐盟還表示將支持航空部門對氫的開發。它于 2020 年 8 月 26日發布了一份呼吁，呼吁潛在成員國對未來歐洲清潔航空伙伴關系 感興趣并提出想法。這種伙伴關系將采取由新地平線歐洲基金    (2021-2027)資助的相關領域參與者之間的聯合體形式。這一伙 伴關系的預期成果之一是開發氫動力飛機。

 

與此同時，在客運或貨運用全氫燃料飛機成為現實之前，仍有 許多挑戰需要克服。下面，我們將概述飛機如何利用氫氣提供動  力，其主要優點以及在下一代飛機上成功部署的剩余障礙。
 

氫似乎是零排放和無害感航空的解決方案，在 4 個主要領域正 在進行進一步的工作。
 

一個強有力的液氫處理和加氫法律框架對于加速綠色氫在航空 中的進一步部署至關重要。監管障礙依然存在。飛機的所有部件都必須經過認證才能獲準飛行。這意味著飛機內的所有新部件都必須經過歐盟航空安全局(EASA-European Union Aviation Safety Agency) 的審查，包括氫罐、氫渦輪、燃料電池等。因此，必須確保這些部件 的安全，不僅是單獨的，而且是每個部件的相互作用以及與飛機其 他技術特征的相互關系。這是一個漫長的過程，需要從原型設計階 段開始，并與技術研發同步進行。航空業正在等待新的監管舉措，以建立一個強有力的液氫處理和加氫法律框架，處理各種安全問題，如新的推進系統。

 

氫氣可以通過三種可能的方式為飛機燃油系統提供動力：

?   在燃料生產過程中，氫可以與二氧化碳一起成為一種元素；

?   氫氣可直接供給氫氣渦輪機；

?   氫氣可以為燃料電池提供能源，為電機提供動力。

 

種選擇是昂貴的，并且將繼續產生大量溫室氣體(考慮到 所涉及的 CO2 元素)，這使得它在碳減排方面的價值值得懷疑。 這將使可持續航空燃料(SAF-Sustainable aviation fuels)僅適合作為過渡燃料。因此，研究的重點是第二和第三種選擇，以及結合氫反應堆和燃料電池的中間解決方案。
 

在氫動力飛機中， 液態氫將儲存在飛機中，然后在氫渦輪中燃 燒或在燃料電池中發生反應。這兩種反應都會產生水蒸氣(H2O) 作為副產品。終，電機由燃料電池或渦輪機提供動力。飛行過程 的其余部分與煤油的現狀相似。唯一重要的區別是氫動力飛機不排 放任何二氧化碳。
 

Cyrogenic 發動機、燃料電池、 液態氫的儲存和分配以及熱挑 戰的管理都是技術成熟的領域，其中許多領域已經在進行中，需要 大量投資才能在這十年內使液態氫飛機的飛行技術成熟。
 

航空用氫的開發可以進一步支持其他行業的脫碳，例如加速燃 料電池、儲存設施和其他系統的研究。它還可能促進下游的氫氣生 產基礎設施，并有助于降低電解槽的價格。

?   在飛機上，重量是一個關鍵特征。氫的能量密度很高，它很輕，與氧氣燃燒產生大量能量。這意味著它比其他燃料/儲能裝 置每單位重量攜帶更多的能量。與使用儲存在電池中的電相比，這 是一個關鍵優勢。與電池所產生的能量相比，電池目前很重。因此，用電池為長途飛行提供動力目前還不可行，而以燃料電池的形式使用氫可以解決這個問題。

?   氫可以暫時儲存電能，因為它既可以通過電(電解)產生，也可以通過(再)發電(燃料電池)產生。這進一步加強了其支持減少長途飛行溫室氣體排放的能力。

?  氫氣在燃燒過程中不會釋放二氧化碳。此外，可再生能源產生的“綠色”氫氣在生產過程中也不會產生二氧化碳。相反，氫釋放出的水(H2O)比二氧化碳對氣候的影響要小得多。研究估計，氫可以幫助航空業減少 50%到90%的氣候影響。

?  氫氣燃燒不會產生 CO2，但會產生水蒸氣(H2O)和 NOx

 

(氮氧化物)，尤其是在高海拔地區。就水而言，我們知道它對環 境的影響不如二氧化碳那么重要。盡管如此，它仍然會影響環境， 包括通過放大溫室氣體的變暖效應，盡管需要進一步的研究來了解確切的影響。至于氫的 NOx 生成，這可能會增加臭氧，并與 CO2一樣有害。然而，研究表明，可以減少產生的 NOx 量，以保證氫 氣技術的安全。
 

許多挑戰仍然存在，例如氫氣的充足供應及其安全儲存。

 

氫有可能促進航空業的進一步發展，并有助于減少其對氣候的影 響。然而，氫動力飛機的實際應用并非沒有挑戰：

氫氣供應挑戰

 

定期操作氫動力飛機需要充足穩定的氫氣供應。正如已經強調 的那樣，綠色氫氣是通過可再生電力產生的。然而，目前的可再生能源供應還不夠。因此，有必要大力發展可再生電力設施(如太陽 能或風能)。如果沒有這樣的增長，航空業可能不得不為其新型生態飛機提供灰色氫氣，使用天然氣生產，從而產生二氧化碳。這將大大削弱氫技術可能對氣候變化產生的積極影響。
 

盡管存在這些供應挑戰，但降低綠色氫氣的高生產成本至關重要，包括擴大生產設施，降低技術成本，并在必要時提供量身定制的充分政府支持。綠色氫的生產成本目前估計在 3-7 歐元/千克之 間，而灰色氫的生產成本為 1.5 歐元/千克， 煤油的生產成本為 0.5  歐元/千克。
 

一旦產生氫氣，必須將其運輸/管道輸送至機場，可能儲存在 機場，注入飛機儲罐，然后在飛行期間儲存，并運輸至反應堆或燃料電池。所有這些步驟都帶來了新的挑戰。

氫是一種小分子，容易以氣體的形式泄漏，有時可能到達其存 在可能危險的地方。因此，更容易運輸和儲存液態氫。然而，這需要在整個過程中“低溫”冷卻至-253°C，以避免蒸發。這意味著儲罐 將是大而重的，因此飛機的重量必須減少。這也意味著氫動力飛機 更適合取代通勤飛機、支線飛機、短程或中程飛機，而不是長途國際航班。

 

此外，目前設計的機翼(煤油所在位置)太薄，無法容納重型氫罐。因此，必須重新考慮飛機的結構和設計。此時可能的選擇是將氫罐放置在飛機上部、機身頂部或飛機尾部。

 

航空中經常使用氫氣的挑戰不容忽視，但也并非不可逾越。鑒于氫對氣候變化的積極影響，它有可能成為未來推進技術的一部分。甚至可以預期， 架支線飛機將在 10 至 15 年內投入商業使用。與此同時，需要大量的研發、投資和穩定的監管和法律框架， 來控制一些氫的不利性質。
 

在這方面，歐洲聯盟似乎愿意支持其商業部署。它正在地平線 歐洲計劃的框架內為研發提供潛在資金。隨著清潔氫氣和清潔航空的出現，歐洲已經進行了大量投資，現在英國航空航天技術研究所 將于 2021 年至 2022 年提供大量資金，以推進該技術的發展。
 

通過現在的行動，下一代更加環保、高效和氫動力的飛機可以 在 21 世紀 30 年代投入使用。與此同時，應鼓勵更多可持續的燃料 來源，如可持續航空燃料 (SAF) 混合煤油，以盡快減少二氧化碳 排放。