寫稿
投稿
液氫的綠色應(yīng)用前景吸引了包括航空領(lǐng)域在內(nèi)的各方參與者。
來(lái)自于荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的四十四名學(xué)生們組建的Ａｅｒｏｄｅｌｆｔ團(tuán)隊(duì)一直在科學(xué)研究一種液氫燃料電池飛機(jī)。
該團(tuán)體近期展現(xiàn)了ｐｈｏｅｎｉｘ的原型機(jī)，這是一個(gè)變小了１／３的雙座飛機(jī)，并計(jì)劃在７月進(jìn)行首次公開(kāi)飛行。
原型機(jī)翼展５．７米（１９英尺），重５０公斤（１１０磅），攜帶１公斤液氫，預(yù)計(jì)航程約５００公里，航程約７小時(shí)。
在這個(gè)原型中，氫氣被儲(chǔ)存在－２５３°Ｃ的低溫罐中，并通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的管道系統(tǒng)加熱到０°Ｃ。隨后根據(jù)１．５千瓦的燃料電池給飛機(jī)尾部的電動(dòng)式螺旋槳電機(jī)進(jìn)行充電。
一架全尺寸的ｐｈｏｅｎｉｘ也已經(jīng)在建造中，設(shè)計(jì)于七月公開(kāi)亮相。全尺寸的ｐｈｏｅｎｉｘ將攜帶１０公斤的液氫，預(yù)估續(xù)航力２０００Ｋｍ，在空中的續(xù)航時(shí)間為１０小時(shí)。
按計(jì)劃，它將于２０２２年夏天首次使用氣態(tài)氫進(jìn)行飛行，并預(yù)計(jì)在２０２４年進(jìn)行首次全規(guī)模液氫飛行。
屆時(shí)，它將成為世界上第一架使用液氫燃料的飛機(jī)。
在減少碳排放的壓力下，越來(lái)越多的航空公司和組織正在探索使用氫能。
２０１９年，全世界航空業(yè)造成了９．１５億噸ＣＯ２，約占全球全人類二氧化碳排放的２％。為了降低航空碳強(qiáng)度，聯(lián)合國(guó)下屬的國(guó)際民用航空組織（ＩＣＡＯ）于２０１６年１０月設(shè)計(jì)了國(guó)際航空碳抵消和減少計(jì)劃（ＣＯＲＳＩＡ），這就要求航空公司對(duì)國(guó)際航班超過(guò)基準(zhǔn)產(chǎn)生的二氧化碳排放進(jìn)行補(bǔ)償。
羅爾斯?羅伊斯大中華區(qū)總裁李安在接受《界面新聞》采訪時(shí)表示，雖然航空業(yè)的碳排放只占全球總量的２％，但減排難度很大，尤其是消耗大量能源的寬體飛機(jī)。
氫長(zhǎng)期以來(lái)一直被用作燃料。１８０７年，瑞士發(fā)明家伊薩克·德·里瓦茲制作了首臺(tái)氫燃料內(nèi)燃機(jī)；１９７０年，保羅·迪格斯（Ｐａｕｌ Ｄｉｇｇｓ）申請(qǐng)了一項(xiàng)改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的專利，使汽油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以氫氣為動(dòng)力。
氫已經(jīng)被用來(lái)為商用和公共交通工具等地面交通工具提供動(dòng)力，但它在航空工業(yè)中的應(yīng)用一直很困難。
其中一個(gè)很大的限制是液氫的儲(chǔ)罐。
氫的重量能量密度極高，但體積密度很低，需要在極低的溫度下壓縮或轉(zhuǎn)化為液體。儲(chǔ)存液氫的儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)上非常復(fù)雜。
考慮到液態(tài)氫的單位體積能量密度就只有航空燃料的１／４，這代表著一架飛機(jī)必須帶上４倍的燃料箱才可以得到相同的能量，這就迫使飛機(jī)載客量減少或體積增大。
據(jù)界面新聞報(bào)道，目前飛機(jī)主要有兩種氫推進(jìn)模型。第一種是利用氫通過(guò)燃料電池發(fā)電，為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。第二種推進(jìn)模式是基于在內(nèi)燃機(jī)中直接燃燒氫氣，類似于目前在飛機(jī)上使用的系統(tǒng)。
ｐｈｏｅｎｉｘ原型機(jī)依靠燃料電池技術(shù)作為動(dòng)力系統(tǒng)。困難在于儲(chǔ)存液氫，這比氫燃燒效率高得多。
ｐｈｏｅｎｉｘ原型機(jī)項(xiàng)目經(jīng)理Ｓａｍ Ｒｕｔｔｅｎ表示，液氫系統(tǒng)正在順利完成設(shè)計(jì)階段。
據(jù)他說(shuō)，推進(jìn)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)特殊的容器，以及其他支持系統(tǒng)，將允許飛機(jī)在液態(tài)氫上飛行。他們將根據(jù)所有相關(guān)的認(rèn)證來(lái)建造集裝箱，目前正在生產(chǎn)中。
除了Ａｅｒｏｄｅｌｆｔ團(tuán)隊(duì)，其他機(jī)構(gòu)也在研究氫動(dòng)力飛機(jī)。
去年１１月，Ｍａｈｅｐａ項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，包括代爾夫特大學(xué)、蝙蝠飛機(jī)和德國(guó)宇航中心（ＤＬＲ），在斯洛文尼亞馬里博爾機(jī)場(chǎng)完成了ＨＹ４氫混合動(dòng)力飛機(jī)的試飛。
該項(xiàng)目由蝙蝠飛機(jī)、Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｙｎａｍｉｃｓ公司、德國(guó)宇航中心、米蘭理工大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)、馬里博爾大學(xué)和烏爾姆大學(xué)組合而成，將重點(diǎn)發(fā)展新的模塊化和升級(jí)的氫燃料電池技術(shù)。
歐洲飛機(jī)制造商空中客車（Ａｉｒｂｕｓ）也在研究如何將液氫用于內(nèi)燃機(jī)或燃料電池，作為其零排放計(jì)劃的一部分。
２０２０年９月，空中客車宣布，氫推進(jìn)系統(tǒng)將成為新一代零排放商用飛機(jī)的核心。
從理論上講，液氫可以將整個(gè)電力傳輸系統(tǒng)冷卻到超導(dǎo)溫度，此時(shí)系統(tǒng)的阻力將消失，效率將大幅提高。空客公司認(rèn)為，為充分利用這一效應(yīng)而設(shè)計(jì)的動(dòng)力系統(tǒng)可以使飛機(jī)的重量減少一半，電力浪費(fèi)減少一半。
液氫在航空方面的應(yīng)用仍在探索中。無(wú)論是罐體設(shè)計(jì)、制氫技術(shù)、安全保證還是超低溫應(yīng)用，都是目前研究人員面臨的難題。
液氫飛機(jī)究竟是一種可行的低碳航空解決方案，還是一種理想的飛機(jī)，將在未來(lái)幾年內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。
