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第一架氢动力飞机正在起飞

发布日期:2023-08-09
无碳飞行的潜在解决方案正在一步步接近现实。

今年以来,配备氢燃料电池的小型飞机已在美国西海岸和英国乡村上空进行了首次试飞。航空初创公司ZeroAvia和Universal Hydrogen现在声称他们的新型飞机最早将于 2025 年开始商业飞行。

一项新的分析表明,如果这项技术能够规模化,它可以大幅减少某些飞机的温室气体排放,并有可能为全球航空市场更广泛的领域脱碳奠定基础。

根据非营利性智库国际清洁运输理事会( ICCT ) 的说法,与原来的飞机相比,用燃料电池和液氢罐改造螺旋桨飞机将导致生命周期排放量减少近90 %。这是假设氢气仅使用可再生电力制造,而不是使用当今绝大多数氢气的生产方式化石燃料。

燃料电池的工作原理有点像电池。在飞机上,氢气流入燃料电池系统并引发电化学反应,从而产生电力。这反过来又驱动电动机并旋转螺旋桨。但除非技术取得突破,否则燃料电池无法产生足够的电力来承载大型长途飞机,而飞机是航空业二氧化碳排放的主要来源。

相反,该技术可能仅限于短途涡轮螺旋桨客机,这些客机可容纳大约50至60名乘客,飞行距离仅为数百英里,例如从纽约市到华盛顿特区的距离。如今,涡轮螺旋桨飞机约占全球航空运输量的 1 %  。全球客运量。

尽管如此,专家表示,燃料电池可以帮助为更大、更强大的氢模型铺平道路,包括可能配备燃烧液态氢的内​​燃机的喷气式飞机。随着该行业面临日益增长的应对气候变化的公众压力,世界最大的两家飞机制造商空客和波音都在开发氢技术。

“燃料电池飞机的推出将成为在航空领域普遍使用氢的试验场,”航空航天工程师、ICCT 驻柏林研究员 Jayant Mukhopadhaya 告诉Canary Media。â <“它将如何在机场工作,如何进行加油,如何输送氢气,您将面临哪些安全问题 - 所有这些零碎的东西。”

氢为何受到青睐

据国际能源署称,在全球范围内,商业航空旅行占能源相关CO 2排放量的2  %以上。随着更多的燃油飞机和更多的乘客飞上天空,这个数字在未来几年将会飙升。

在短期内,航空公司和飞机制造商正在努力通过设计更省油的发动机、地面运营电气化以及增加对飞机的使用来控制排放。â  <“可持续航空燃料”由废食用油、林业残留物、二氧化碳和其他原料制成。去年替代燃料占比不足0。占美国主要航空公司使用的喷气燃料总量的1 % 。

尽管植物燃料和废物燃料的生产比石油燃料更清洁,但它们在发动机中燃烧时仍然会排放二氧化碳。氢则不然——这就是航空公司和制造商联手开发 H 2动力飞机的原因。特别是燃料电池不会产生有害的氮氧化物或细颗粒物,因为它们不燃烧燃料。

改装后的燃料电池飞机在其使用寿命期间的CO 2排放量比燃烧飞机少约三分之一â <根据ICCT分析, “电子煤油”是一种由电、水和二氧化碳制成的可持续航空燃料。

氢,尤其是â < “绿色”品种,制造和购买成本比传统煤油高得多。然而,由于燃料电池系统的能源效率远高于发动机,因此飞机不需要使用那么多的燃料来飞行。ICCT在周三发布的一份白皮书中表示,如果绿色氢产量增加并且燃料电池飞机流行起来,到2050 年,美国使用 H 2加油可能比使用化石喷气燃料更便宜。

“最令人惊讶的部分是[能源]效率影响燃料价格,”穆霍帕达亚说。â < “这是我们没有预料到的。”


氢航空首飞

总部位于加利福尼亚州的 ZeroAvia 和 Universal Hydrogen 在2023 年上半年测试并展示了世界上第一架氢燃料电池飞机。

一月份,ZeroAvia在科茨沃尔德机场首次推出了其19座原型机,科茨沃尔德机场是英国肯布尔村附近的一个私人机场,周围环绕着农场和放牧的羊群。蓝白色的多尼尔228现已飞行10次,达到了关键里程碑,使公司能够开始下一阶段的飞行测试。

ZeroAvia已从美国联合航空和美国航空等投资者那里筹集了超过1.4亿美元资金,用燃料电池和电池对其双引擎涡轮螺旋桨飞机的一侧进行了改造,最大功率可达600千瓦 。另一方保留了燃油喷气发动机。在六个月的时间里,飞机达到了150节的最高速度,飞到了5 , 000英尺的高度,并进行了23分钟 的耐力测试 。

ZeroAvia 飞机集成和测试主管加布里埃莱·特奥菲利 (Gabriele Teofili) 最近在机场机库接到电话时说道: “在飞行测试期间,燃料电池没有出现故障。”他倾斜笔记本电脑,展示停在他身后的原型机。

特奥菲利表示,该公司成功向英国民航局证明,氢电系统的表现符合预期,而且飞机有足够的航程飞往附近的另一个机场。ZeroAvia 目前正准备在今年年底之前在英格兰开始其首次跨国航班。它还 与阿拉斯加航空公司合作,在华盛顿州改造第二架支线涡轮螺旋桨飞机。

“这个想法是为了证明它不仅是可能的,而且是安全的、可靠的,而且是有利可图的,”特奥菲利谈到氢飞机时说道。他指出,ZeroAvia 计划放弃测试期间使用的电池和发动机,以交付仅由 1 驱动的最终 飞机。8兆瓦燃料电池。该公司声称将于2025 年投入商业运营,首先推出航程300英里的 9 至19座飞机 。

与此同时,Universal Hydrogen 表示,其在更大的改装涡轮螺旋桨发动机方面正在取得进展。该公司已筹集至少82美元。500万美元来自GE航空集团、美国航空等投资者以及空中客车公司、捷蓝航空和丰田公司的风险投资部门。

今年三月,这家总部位于洛杉矶的初创公司从华盛顿州摩西湖附近的一个小机场进行了首次试飞。其40 名乘客 Dash 8 原型机拥有一台原装发动机,外加一 台. 2兆瓦燃料电池和800千瓦电动机,不带电池。

Universal Hydrogen首席技术官马克·库辛 (Mark Cousin) 表示,这架飞机已总共飞行九次,其中包括从华盛顿飞往加利福尼亚州莫哈韦(该飞机现在所在的地方)的一系列旅行。原型机爬升至10 , 000 英尺高,速度达到170节,并在飞行中运行了一个多小时。该公司正在继续测试氢动力系统的关键元件,包括防止燃料电池过热的冷却系统——这一挑战可能会限制该技术的性能和范围。

Cousin 表示,Universal Hydrogen 还准备 在ATR 72涡轮螺旋桨飞机上对2  MW动力系统进行地面测试,该动力系统可能于2025 年开始飞行测试。该公司的目标是在当年晚些时候或 2026 年初将氢燃料飞机投入客运服务。

ZeroAvia 和 Universal Hydrogen 在飞行测试期间都使用气态氢气为燃料电池提供动力,不过两家公司计划最终使用液态氢。目前,这种燃料的使用范围还不太广泛,但它的体积比气态 H 2含有更多的能量,并且可以存储在飞机上更少、更轻的油箱中。

除了改造转换套件外,Universal Hydrogen 还在开发液氢储存胶囊。这个想法是从电解厂收集氢气,电解厂使用水和可再生电力来生产。​“绿色”氢——如今仍然很少。然后卡车或火车将胶囊运送到机场。

库辛表示,该公司的最终目标是让航空公司和主要飞机制造商相信,有可能开发出为大型氢燃烧飞机提供动力的必要基础设施。例如,空中客车公司正在制造一款演示发动机,以测试其一架A 380超级喷气式飞机的氢推进力。

“真正的目标不仅是证明我们可以用氢来驾驶[涡轮螺旋桨飞机],而且还要证明氢推进......是短程到中程操作的可行解决方案,”他说。
 
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