寫稿
投稿
客運航空每位乘客的碳效率不斷提高。從1968年到2014年，發動機的燃油效率提高了大約45%。航空公司也創造了更高的座位密度，即每架飛機更多的座位，更多的滿員航班。但是碳排放繼續上升，因為乘客每年增長3-5%。CleanSky估計，在未來幾年，曲線將更加平緩，但由于每年的旅行增長，曲線將繼續增長。
每運輸一噸材料，商業航空比其他任何運輸方式都要消耗更多的燃料。在新冠肺炎疫情之前，商業航空公司預計到2022年將使用1000億加侖的噴氣燃料。2019年，該行業使用了960億加侖的噴氣燃料，并且每年都在穩步增長，自2005年以來增長了44%。
即使技術繼續在噴氣推進的燃料效率方面取得巨大進步，它也不會超過航空旅行需求的年增長率，這直接體現在噴氣燃料需求的增加上。例如，CFM LEAP-1發動機比20世紀90年代的CFM56發動機節省15%的燃油，比20世紀80年代的CFM56-3發動機效率高22%。每一代機器的效率都在不斷提高，但問題是：并不是所有的飛機都使用下一代的發動機。
隨著航空業積極研究傳統燃料模式的可行替代方案，氫燃料電池技術作為更清潔的飛機解決方案成為該行業的主要競爭者。
替代電源選項
三種替代能源正在引領商業航空業的復興：可持續航空燃料、電池電力和氫電燃料電池技術。
這些技術都提供了從大幅減少排放到零排放的各種選擇。然而，一旦開始分析利弊，氫最終成為噴氣燃料的唯一可靠和實用的替代品。
可持續航空燃料
能源部預計，從2020年到2050年，燃料需求將翻一番，每年需要2300億加侖，相當于未來30年燃料需求增加116%。
SAF相對于電力和氫氣的真正優勢在于它不需要對現有的發電廠進行改造；發動機燃燒汽油，其工作原理與使用噴氣燃料相同。
SAFs前進的真正障礙是可伸縮性。噴氣燃料行業已經非常龐大（約1000億加侖），年增長率不到4%。SAF每年需要大量的生物質，這相當于每年生產的全部生物質?；蛘?，SAF的生產商可以采用氫作為原料的技術，這使得它非常昂貴。最終，它最適合作為快速減少CO?的過渡解決方案，但不能消除對環境更有害的其他溫室氣體，因為它們產生的影響至少與航空燃料燃燒產生的直接CO?排放物一樣大。因此，它不能作為永久的解決辦法。
電池電力和混合電力
空中客車公司已經通過他們的概念驗證項目，E-Fan X，一種高度改進的BAe 146支線飛機，追求這一想法。然而，這個項目的結果是一架噴氣式飛機，空客只用一個電動機代替了四個發動機中的一個；來自電池和發電的重量被證明是禁止的。
重量因素將繼續成為民用飛機電氣化的限制因素。空中出租車所需的短距離操作仍可能是電池供電的領域，特別是因為通過使用碳纖維和其他復合材料為電池供電騰出空間，可以大大減輕重量。然而，對于商業客機所需的航程，電池是不可行或不現實的，很可能停留在幾百公里以下。此外，電池驅動的飛機有一個明顯的缺點：隨著電荷的減少，飛機重量不會減少?？蜋C依賴于它們的飛機重量在整個飛行過程中顯著減少，以在到達時處于可接受的著陸重量包線內。
此外，還有電池充電的問題。由于周轉快，航空公司目前沒有足夠的時間在其航線范圍內為該尺寸的電池充滿電。重量限制和時間約束將阻止商業航空公司實施這項技術，因為它們的利潤主要取決于它們使用同一架飛機可以執行多少次飛行。給飛機充電的過程會大大減少它所能提供的飛行次數。此外，充電的成本也很高：典型的充放電循環次數大約為幾千次，之后需要更換電池。
氫燃料電池
可持續航空的一個真正可行的選擇在于氫電動力系統的應用。氫燃料電池已經在汽車工業中使用，成千上萬的汽車已經上路，并且已經在機場地面支持設備中運行。初步評估顯示，燃料電池驅動的飛機比電池驅動的飛機有大約4到5倍的航程。與電池和傳統燃料相比，這一優勢來自于氫的高能量密度。氫的唯一顯著缺點是體積密度低，這可以通過在小型飛機上使用壓縮氫，在大型渦輪螺旋槳飛機和噴氣式飛機上使用液態氫來克服。
飛機上有氫氣嗎？
隨著英國航空公司（British Airways）等航空公司投資于氫技術，并與全球政府合作，以在2050年前達到零排放航空標準，很明顯，航空公司將氫視為一種可行的替代品。氫氣是產生持續飛行所需推力的凈零排放燃料來源的唯一路線圖，而沒有電池供電飛行的重量和嚴重的航程限制。
與生物燃料、合成燃料和電池電力相比，氫有幾個推動需求的關鍵優勢。生物燃料和合成燃料沒有范圍限制，也沒有基礎設施，但CO?減排效果有限。電池很重，限制了行駛里程。與傳統的和合成的航空燃料以及電池相比，氫是真正可擴展的，并且可以在運行期間產生節約。
它的油箱尺寸只限制了氫的范圍。此外，當使用低碳強度工藝（如可再生能源）制造時，氫氣對氣候的影響會大大降低。
對氫的需求將與空中最多產的碳化器——中程飛機——相吻合。單通道飛機產生的碳最多，因為它比任何其他類型的飛機都多。因此，專注于向氫過渡的這種飛機將產生對氫動力和氫燃料的巨大需求，并顯著減少污染物。
聯邦快遞已經證明，在地面支持設備中，氫是內燃機的一種清潔、易于獲得的替代品，他們在孟菲斯將整個機場貨運拖船隊轉換為氫燃料電池動力。
氫燃料電池是所有機場保障車輛的天然選擇。我們預計機場巴士、飛機拖輪和飛機加油車也將過渡到氫燃料電池供電。
機場上的氫生態系統
前進的明確選擇是在全球機場開發氫生態系統，為使用綠色氫作為主要能源的商用飛機提供動力。一旦綠色氫基礎設施到位，它就是一種完全可再生的燃料來源，可以通過可再生能源就地生產。
機場是有機生產液態氫的絕佳平臺，因為它們設計平坦，占地數百英畝。此外，由于需要一個平整的表面來減少障礙物，機場有機會在他們的一些區域安裝太陽能電池板，而不違反傳統的安全措施。
機場環境已經很好地被用于氫氣生產。所有的商業機場都有一個“油庫”。考慮到這些油庫的巨大規模和散裝石油儲存中固有的危險，它們遠離機場的航站樓、停機坪和活動區。太陽能電池陣列已經在機場中廣泛應用，為航站樓、機場照明系統等供電。例如，最近的一項研究表明，利用機場可供太陽能電池陣列使用的表面積，除了機場本身之外，還可以為多達136，000所房屋供電。
飛機和飛機發動機制造商正與全球政府和機場合作，爭取在2050年前實現零排放。實現這一目標的所有選擇都擺在桌面上。然而，并非所有實現零排放的方式都是相同的，未來的道路顯然在于氫燃料電池的生產。它是清潔的，在幾年內將變得比傳統燃料更便宜，將變得容易獲得，并且可以在機場現場制造、儲存和分配。
商業航空旅行將繼續逐年增長，推動對噴氣燃料的更高需求，僅在過去16年中，需求就已經增長了44%。在替代燃料的三個主要競爭者中，氫是唯一可擴展的零排放解決方案。氫是可再生的，不依賴于生物質，并保持化石燃料的大部分范圍和容量；唯一的排放物是水。此外，這項技術現在就在這里，所以我們需要將其用于商業航空，并消除噴氣燃料的壟斷。
往期精選回顧：
