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观点:请将氢气留给飞艇

日期:2021-01-19    来源:两机动力控制

国际新能源网

2021
01/19
10:09
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关键词: 碳减排 无碳飞行 绿色氢气

航空业需要迅速针对其运营过程中的碳排放采取行动。2008年,航空业领导人承诺到2050年将二氧化碳排放量减少至2005年水平的一半。现在有些人甚至在谈论无碳飞行。更好的飞机、机场和运营很重要,但绝不足以实现这些目标。这种巨大变化的基础必须建立在从化石燃料转向低碳或无碳能源的基础上。其技术和基础设施必须能够为长途飞行的单通道和双通道客机提供动力,因为它们对航空 CO2 的 90% 以上负有责任。这种能量和使用它的飞机必须在2050年之前被广泛部署。

而降低航空业碳排放面临诸多挑战。其中包括新能源的来源及储存。储能单元可以是储存在电池中的电能,也可以是储存在储罐中的液体燃料。在过去十年中,电池动力已经进行了大量研究,人们普遍认为,电池电源现在和今后都无法为大型客机提供动力。因此液体燃料成为几乎唯一选项。

可再生替代航空燃料(SAJF)是合成碳氢化合物,与现有飞机和燃油分配系统兼容。有几种可再生替代燃料已经经过认证,并投入有限应用场景中。他们的制造工艺各不相同,原料包括可持续农业、废物,甚至电力、水和空气(电燃料)。CO2 收益和成本方面最有利的流程可能因地理位置而异。

最近,将氢(H2)作为航空燃料来彻底解决航空也碳排放问题的呼声日益高涨。而作者认为这是应对对航空业碳排放挑战一个不成熟的方案。今天的氢气的制造几乎全部来源于天然气或煤,被称为灰氢,因此它一点也不环保。对H2的热情很多都假定它将利用用多余的新能源电力通过电解水来产生,也称为绿氢。然而他们忽视的一点是航空燃料消耗能源的占比,以2019年为例,航空燃料消耗的能源相当于全球电力的14%左右,因此制造航空燃料需要的氢气需要大量的新能源电力。

航空燃料需要液态氢(LH2)。以目前的技术,用电力生产和液化氢气的成本约为投入能源的50%。液氢的制取、运输需要庞大的基础设施,并将将耗资数万亿美元。因而这不会是廉价的燃料。此外,现有的机队将需要为客机更换可以将液氢作为燃料的航空发动机。这是世界在应对气候变化方面能够做出最明智的投资吗?

此外,液氢在飞机当中的存储也存在挑战。由于液氢必须保持在 -240°C (-400°F)的环境下存储,热损管控非常重要,需要高度绝缘的球形或紧凑型圆柱体储罐。因此存储液氢需的燃料箱比普通航空燃油的燃料箱大三倍,进而显著增加飞机体积和阻力。

在过去的研究中,液氢储藏罐通常放置在机身前方、后面、甚至在机舱上方。从安全角度来看,携带数千加仑超冷、高度易燃液氢的客机是不可接受的。如何达到客机的设计安全要求将是一个重大挑战。

相比于以上挑战,设计以液氢作为燃料的航空发动机更容易实现,现有的航空发动机经过简单的改造可以将液氢作为燃料。此外,对单通道、双通道客机而言,目前燃料电池的功率、能量密度、及效率都不及现有发动机相关指标。因此,氢燃料电池在商用客机上的应用并不被产业同资本看好。然而氢燃料电池可能会在通用航空的应用中占有一席之地,但同时也将面临可再生替代燃料及电池的竞争。

总体而言,将氢作为航空动力的愿景与不远将来的2050年需求并不一致。打造一个全球的、满足航空产业需求的氢气供应链需要耗时几十年并耗资数万亿美元。在可见的未来,将投资更多的用于可再生替代航空燃料(SAJF)技术会是一个更好的选择。至于氢气在航空领域的应用,让我们把它留给飞艇吧。


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