工業之美丨全球首架液氫飛機即將升空，氫能會是航空業的未來嗎？

記者 | 王勇

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液氫的綠色應用前景，不斷吸引着各方玩家的加入，其中包括航空領域。

來自荷蘭代爾夫特理工大學的44名學生組成的AeroDelft團隊，一直在潛心研究液態氫燃料電池飛機。

日前，該團隊展示了一架1/3等比例縮小的雙座飛機Phoenix原型，並計劃今年7月進行首次公開飛行。

該原型機翼展為5.7米（約19英尺），重50公斤（110磅），攜帶1 公斤的液態氫，預計足夠7小時左右的續航力和500公里左右的航程。

在這架原型機中，氫氣被保存在-253 °C的低溫罐中，並通過一套複雜的管道系統加熱到0 °C，然後通過一個1.5千瓦的燃料電池，為飛機尾部的電動螺旋槳電機充電。

此外，全尺寸的Phoenix也在建造過程中，計劃今年7月公開亮相。全尺寸的Phoenix將攜帶10公斤的液態氫，預計續航里程為2000公里，空中續航時間可達10小時。

按照計劃，它將在2022年夏天先依靠氣態氫飛行，並預計2024年進行首次全尺寸液態氫飛行。

屆時，它或成為全球首架採用液態氫的飛機。

基於碳減排的壓力，越來越多的航空公司或機構在探索氫能的利用方式。

2019年，全球航空業產生了9.15億噸二氧化碳，約佔全球人類碳排放量的2%。為了降低航空業的碳強度，聯合國下屬的國際民用航空組織（ICAO）於2016年10月設計了國際航空碳抵消和減少計劃（CORSIA），要求航空公司補償國際航班產生的超出基準線的二氧化碳排放。

英國發動機製造商羅爾斯·羅伊斯大中華區總裁李安曾對界面新聞記者稱，儘管航空業碳排放僅佔2%，但這一領域實現減排的難度不小，特別是寬體客機，耗能很大。

氫能作為燃料由來已久。1807年，瑞士發明家伊薩克•德•里瓦茲設計了第一台氫燃料內燃機；1970年，保羅·迪格斯為內燃機的一項改進申請了專利，允許汽油發動機依靠氫氣運行。

時至今日，氫燃料已經能為商用車、公共用車等各種地面車型提供動力，但在航空業的應用依舊不易。

其中的一大制約因素是儲存液氫的儲罐。

氫按重量計算具有極高的能量密度，但按體積計算密度卻很低，需要通過將其冷卻至極低的溫度來壓縮或轉化為液體。用於儲存液氫的儲罐，設計非常複雜。

此外，由於單位體積液態氫的能量密度，僅為噴氣燃料的四分之一，這意味着相同能量條件下，飛機需要搭載一個大四倍的燃料儲罐，飛機不得不減少乘客搭載量或讓飛機體積變得更大。

據界面新聞記者了解，目前飛機主要有兩種氫推進模型：第一種是使用氫氣通過燃料電池產生電能，為電動機提供動力；第二種推進模型基於在內燃機中的直接氫燃燒，與目前飛機上使用的系統類似。

Phoenix原型機，主要依靠燃料電池技術作為動力系統。相比於氫燃燒具有更高的效率，其中的難點就在於液態氫的儲罐。

Phoenix原型機項目經理Sam Rutten表示，目前液氫系統的開發進展順利，正在結束設計階段。

據其介紹，推進小組已經開發一個特殊容器，還有其他支持系統，這將保證飛機能夠使用液氫飛行。他們將根據所有相關認證來建造容器，目前已進入生產階段。

除AeroDelft團隊外，還有機構在研究氫動力飛機。

去年11月，由代爾夫特大學、蝙蝠飛機公司、德國宇航中心（DLR）等組成的MAHEPA項目組，在斯洛文尼亞馬里博爾機場完成了HY4氫混合動力飛機的試飛。

該項目組由蝙蝠飛機公司、Compact Dynamics公司、德國宇航中心、米蘭理工大學、代爾夫特理工大學、馬里博爾大學和烏爾姆大學共同組成，重點開發新型可模塊化升級的氫燃料電池技術。

歐洲飛機製造商——空中客車公司（下稱空客），也將研究液態氫如何用作內燃機或燃料電池的燃料，列入了其零排放計劃中。2020年9月，空客宣布氫燃料推進系統將成為新一代零排放商用飛機的核心。

從理論上講，液態氫可以使整個電力傳動系統冷卻至超導溫度，此時電阻將從系統中消失，效率飛速上升。空客認為，為充分利用這種效應而設計的動力總成，可以減少飛機一半的重量及一半的電損耗。

液氫在航空領域的應用仍在探索中。無論是儲罐設計、制氫技術、安全性保障還是超低溫應用等，目前都是科研人員面臨的難題。

液氫飛機究竟是可行性的航空低碳化方案，還是僅具備理想化屬性的雞肋，有待未來數年間得到驗證。