導(dǎo)讀：據(jù)simpleflying網(wǎng)站4月9日?qǐng)?bào)道，在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)里，推進(jìn)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，從活塞發(fā)動(dòng)機(jī)一路演進(jìn)到如今的渦扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。然而幕后的創(chuàng)新從未停止，航空業(yè)即將迎來(lái)一種以氫為主要燃料的新型推進(jìn)系統(tǒng)。盡管氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)已研發(fā)多年，但距離大規(guī)模商用仍有很長(zhǎng)的路要走。

領(lǐng)先發(fā)動(dòng)機(jī)制造商羅爾斯·羅伊斯正在推進(jìn)自研氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，并于近期為一款燃用氫氣的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)申請(qǐng)了專(zhuān)利。這種全新的氫能利用方案有望解決液氫作為燃料的一大關(guān)鍵難題——即極低的儲(chǔ)存溫度。羅爾斯·羅伊斯的思路是，在氫氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)前利用燃油渦輪對(duì)其加熱，從而實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的燃燒。

羅爾斯·羅伊斯為新型氫燃燒系統(tǒng)申請(qǐng)專(zhuān)利

根據(jù)專(zhuān)利文件，其新型燃油系統(tǒng)包括一條主燃油管路及燃油泵，“配置為在燃油管路內(nèi)處理氫氣，向燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)核心燃燒室提供加壓燃油”。系統(tǒng)還將配備一個(gè)輔助燃燒室，燃燒一部分氫氣以加熱其余燃料。換言之，這是一個(gè)自維持系統(tǒng)，從主燃油管路引出少量氫氣對(duì)整體燃料進(jìn)行預(yù)熱。

氫氣理論上是最清潔的燃料之一，但在實(shí)際應(yīng)用中卻是航空器上最難部署的燃料之一。原因在于，相比傳統(tǒng)航空煤油，氫氣需要更大的儲(chǔ)存容積，給飛機(jī)設(shè)計(jì)和機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。液氫還需在超低溫下儲(chǔ)存，且燃燒過(guò)程更不穩(wěn)定。

羅爾斯·羅伊斯提出的系統(tǒng)有助于解決這兩個(gè)問(wèn)題，提供可控且高效的燃油輸送架構(gòu)。盡管氫燃料電池已展現(xiàn)出更好的實(shí)際可行性，但氫氣燃燒則是另一回事。液氫必須在-253℃下儲(chǔ)存，這意味著飛機(jī)需要可安全儲(chǔ)存液氫的隔熱油箱。同時(shí)，由于其密度低于航空煤油，油箱將比傳統(tǒng)油箱占用更多空間，令飛機(jī)設(shè)計(jì)師十分頭疼。

未來(lái)十年將在中小型飛機(jī)上應(yīng)用？

經(jīng)過(guò)多年嚴(yán)格研發(fā)與測(cè)試，大型商用飛機(jī)短期內(nèi)不太可能采用氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)。該技術(shù)需要先在小型平臺(tái)上成熟，才能放大應(yīng)用于大型客機(jī)。羅爾斯·羅伊斯是該領(lǐng)域的先行者之一，正在開(kāi)展全面測(cè)試，隨后將進(jìn)入飛行試驗(yàn)階段。

公司目標(biāo)是在2030年代中期推出可用于中小型飛機(jī)的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，盡管目前仍有很長(zhǎng)的路要走。該公司已花費(fèi)二十年探索各類(lèi)氫能動(dòng)力概念，包括以氫燃料電池替代蓄電池。本世紀(jì)末前先從輕型飛機(jī)起步，預(yù)計(jì)2030年代中期將出現(xiàn)30–40座級(jí)的全球機(jī)隊(duì)。

羅爾斯·羅伊斯將氫氣與燃?xì)鉁u輪技術(shù)結(jié)合的方案更具革命性，但公司認(rèn)為，受氫氣燃燒復(fù)雜性限制，該方案可能僅適用于小型飛機(jī)。羅爾斯·羅伊斯表示：

“盡管氫氣可直接作為燃?xì)鉁u輪燃料，但可能會(huì)先在航程較短的短途市場(chǎng)應(yīng)用。考慮到氫氣儲(chǔ)存的容積限制以及燃料電池功率密度有限的問(wèn)題，遠(yuǎn)程航線仍將最有可能采用可持續(xù)航空燃料（SAF）驅(qū)動(dòng)的燃?xì)鉁u輪。”

行業(yè)正將氫氣視為清潔燃料

氫氣用于燃料電池時(shí)可實(shí)現(xiàn)零二氧化碳排放，這也是其在行業(yè)內(nèi)極具吸引力的原因。航空公司與機(jī)場(chǎng)面臨巨大的減排壓力，而氫氣長(zhǎng)期成本有望低于航空煤油，優(yōu)勢(shì)明顯。在行業(yè)設(shè)定2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放目標(biāo)的背景下，氫氣是最具潛力的技術(shù)之一，盡管純氫動(dòng)力飛機(jī)的研發(fā)難度極大。

因此，將氫氣與其他燃油系統(tǒng)結(jié)合似乎是最可行的選擇。氫電發(fā)動(dòng)機(jī)即將投入使用，包括ZeroAvia在內(nèi)的主要機(jī)構(gòu)目標(biāo)最早于2028年在支線飛機(jī)上應(yīng)用。

歐盟“地平線歐洲”項(xiàng)目為羅爾斯·羅伊斯的氫能研究提供投資，支持工程師、科學(xué)家及專(zhuān)業(yè)測(cè)試設(shè)備以推進(jìn)氫氣燃燒試驗(yàn)。該項(xiàng)目已取得重大進(jìn)展，羅爾斯·羅伊斯即將啟動(dòng)氫氣燃?xì)鉁u輪全尺寸地面測(cè)試。

羅爾斯·羅伊斯同時(shí)參與歐盟“清潔航空”計(jì)劃，探索各類(lèi)技術(shù)以開(kāi)發(fā)更高效、低碳的推進(jìn)系統(tǒng)。例如CAVENDISH項(xiàng)目（“氫能航空發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證與飛機(jī)集成策略聯(lián)盟”）正研究將氫氣用作航空燃料。

氫氣在航空的未來(lái)仍不明確

盡管氫氣作為零排放燃料潛力巨大，但行業(yè)各方對(duì)其規(guī)模化全球應(yīng)用的前景看法不一。除使用與儲(chǔ)存氫氣帶來(lái)的飛機(jī)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)外，另一大障礙是缺乏全球配套基礎(chǔ)設(shè)施。可用氫氣當(dāng)前產(chǎn)量極低，基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)容成本高昂。歸根結(jié)底，如果需求無(wú)法兌現(xiàn)，機(jī)場(chǎng)與能源企業(yè)對(duì)投入數(shù)百億建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施持觀望態(tài)度。

空客近期宣布推遲其ZEROe項(xiàng)目，原定于2035年投入使用的目標(biāo)可能延后5至10年。該制造商原計(jì)劃使用空客A380作為氫發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試平臺(tái)，現(xiàn)已取消相關(guān)測(cè)試。空客于2020年啟動(dòng)ZEROe項(xiàng)目，在確定燃料電池方案前探索了多種技術(shù)路線。空客表示：

“氫氣有潛力成為航空業(yè)的變革性能源。但我們認(rèn)識(shí)到，構(gòu)建包括基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)、分銷(xiāo)與監(jiān)管框架在內(nèi)的氫氣生態(tài)系統(tǒng)是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)，需要全球協(xié)作與投資。”

英國(guó)民航局（CAA）表示將擴(kuò)大“氫能挑戰(zhàn)”計(jì)劃，為航空脫碳解決方案提供資金支持。大多數(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)的共識(shí)是，氫氣將作為傳統(tǒng)燃料的小規(guī)模補(bǔ)充，而非立即替代燃料。這使氫氣適用于混合動(dòng)力系統(tǒng)，與電力或可持續(xù)航空燃料結(jié)合以降低全球機(jī)隊(duì)排放。

大型客機(jī)能否使用氫氣？

未來(lái)幾年，氫電支線飛機(jī)的普及度可能快速上升，但問(wèn)題在于該技術(shù)能否應(yīng)用于大型客機(jī)。對(duì)氫氣在航空領(lǐng)域前景持懷疑態(tài)度的人士認(rèn)為，其在遠(yuǎn)程飛行中不切實(shí)際，占用空間遠(yuǎn)超傳統(tǒng)航空煤油。這意味著運(yùn)營(yíng)商必須犧牲航程或載客量以容納更大的油箱。

羅爾斯·羅伊斯承認(rèn)，考慮到氫氣儲(chǔ)存的技術(shù)復(fù)雜性，為大型商用飛機(jī)尤其是寬體機(jī)提供氫燃料的可行性存疑。要實(shí)現(xiàn)與煤油飛機(jī)相同航程，需要完全不同的飛機(jī)設(shè)計(jì)以容納額外燃料。制造商能否解決這一問(wèn)題仍有待觀察。這類(lèi)飛機(jī)或許可以安全制造，但很可能需要犧牲載客量和/或航程。

綠色氫氣生產(chǎn)問(wèn)題依然存在

盡管氫氣作為燃料僅排放水蒸氣，但這并不意味著其使用完全碳中和。原因在于氫氣可通過(guò)煤炭、天然氣等高污染方式生產(chǎn)，無(wú)助于行業(yè)脫碳目標(biāo)。

綠色氫氣是最清潔的制氫方式，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、水電等可再生能源電力實(shí)現(xiàn)。正如羅爾斯·羅伊斯所言，“只有使用可再生能源生產(chǎn)的氫氣才是真正碳中和的”，而目前在用的大部分氫氣由煤炭與天然氣生產(chǎn)。

當(dāng)前綠色氫氣成本也遠(yuǎn)高于化石燃料制氫，因此能否建成支撐足夠產(chǎn)量的基礎(chǔ)設(shè)施仍不明確。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2035年綠色氫氣價(jià)格可能達(dá)到1.50–2美元/千克，與航空煤油價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力，但這需要大幅提升現(xiàn)有產(chǎn)能。

原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自@兩機(jī)動(dòng)力控制

（歡迎加小編微信號(hào)：gtc6000；QQ群：603094810；資料都存在QQ群文件夾中）

免責(zé)聲明：本公眾號(hào)所載內(nèi)容為本公眾號(hào)原創(chuàng)或網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載內(nèi)容版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)或其他問(wèn)題，請(qǐng)跟我們聯(lián)系！轉(zhuǎn)載內(nèi)容為作者個(gè)人觀點(diǎn)，并不代表本公眾號(hào)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。本公眾號(hào)擁有對(duì)此聲明的最終解釋