工业之美丨全球首架液氢飞机即将升空，氢能会是航空业的未来吗？

记者 | 王勇

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液氢的绿色应用前景，不断吸引着各方玩家的加入，其中包括航空领域。

来自荷兰代尔夫特理工大学的44名学生组成的AeroDelft团队，一直在潜心研究液态氢燃料电池飞机。

日前，该团队展示了一架1/3等比例缩小的双座飞机Phoenix原型，并计划今年7月进行首次公开飞行。

该原型机翼展为5.7米（约19英尺），重50公斤（110磅），携带1 公斤的液态氢，预计足够7小时左右的续航力和500公里左右的航程。

在这架原型机中，氢气被保存在-253 °C的低温罐中，并通过一套复杂的管道系统加热到0 °C，然后通过一个1.5千瓦的燃料电池，为飞机尾部的电动螺旋桨电机充电。

此外，全尺寸的Phoenix也在建造过程中，计划今年7月公开亮相。全尺寸的Phoenix将携带10公斤的液态氢，预计续航里程为2000公里，空中续航时间可达10小时。

按照计划，它将在2022年夏天先依靠气态氢飞行，并预计2024年进行首次全尺寸液态氢飞行。

届时，它或成为全球首架采用液态氢的飞机。

基于碳减排的压力，越来越多的航空公司或机构在探索氢能的利用方式。

2019年，全球航空业产生了9.15亿吨二氧化碳，约占全球人类碳排放量的2%。为了降低航空业的碳强度，联合国下属的国际民用航空组织（ICAO）于2016年10月设计了国际航空碳抵消和减少计划（CORSIA），要求航空公司补偿国际航班产生的超出基准线的二氧化碳排放。

英国发动机制造商罗尔斯·罗伊斯大中华区总裁李安曾对界面新闻记者称，尽管航空业碳排放仅占2%，但这一领域实现减排的难度不小，特别是宽体客机，耗能很大。

氢能作为燃料由来已久。1807年，瑞士发明家伊萨克•德•里瓦兹设计了第一台氢燃料内燃机；1970年，保罗·迪格斯为内燃机的一项改进申请了专利，允许汽油发动机依靠氢气运行。

时至今日，氢燃料已经能为商用车、公共用车等各种地面车型提供动力，但在航空业的应用依旧不易。

其中的一大制约因素是储存液氢的储罐。

氢按重量计算具有极高的能量密度，但按体积计算密度却很低，需要通过将其冷却至极低的温度来压缩或转化为液体。用于储存液氢的储罐，设计非常复杂。

此外，由于单位体积液态氢的能量密度，仅为喷气燃料的四分之一，这意味着相同能量条件下，飞机需要搭载一个大四倍的燃料储罐，飞机不得不减少乘客搭载量或让飞机体积变得更大。

据界面新闻记者了解，目前飞机主要有两种氢推进模型：第一种是使用氢气通过燃料电池产生电能，为电动机提供动力；第二种推进模型基于在内燃机中的直接氢燃烧，与目前飞机上使用的系统类似。

Phoenix原型机，主要依靠燃料电池技术作为动力系统。相比于氢燃烧具有更高的效率，其中的难点就在于液态氢的储罐。

Phoenix原型机项目经理Sam Rutten表示，目前液氢系统的开发进展顺利，正在结束设计阶段。

据其介绍，推进小组已经开发一个特殊容器，还有其他支持系统，这将保证飞机能够使用液氢飞行。他们将根据所有相关认证来建造容器，目前已进入生产阶段。

除AeroDelft团队外，还有机构在研究氢动力飞机。

去年11月，由代尔夫特大学、蝙蝠飞机公司、德国宇航中心（DLR）等组成的MAHEPA项目组，在斯洛文尼亚马里博尔机场完成了HY4氢混合动力飞机的试飞。

该项目组由蝙蝠飞机公司、Compact Dynamics公司、德国宇航中心、米兰理工大学、代尔夫特理工大学、马里博尔大学和乌尔姆大学共同组成，重点开发新型可模块化升级的氢燃料电池技术。

欧洲飞机制造商——空中客车公司（下称空客），也将研究液态氢如何用作内燃机或燃料电池的燃料，列入了其零排放计划中。2020年9月，空客宣布氢燃料推进系统将成为新一代零排放商用飞机的核心。

从理论上讲，液态氢可以使整个电力传动系统冷却至超导温度，此时电阻将从系统中消失，效率飞速上升。空客认为，为充分利用这种效应而设计的动力总成，可以减少飞机一半的重量及一半的电损耗。

液氢在航空领域的应用仍在探索中。无论是储罐设计、制氢技术、安全性保障还是超低温应用等，目前都是科研人员面临的难题。

液氢飞机究竟是可行性的航空低碳化方案，还是仅具备理想化属性的鸡肋，有待未来数年间得到验证。