脱碳倒计时开启全球航空业能否“氢”上阵。
联合国把在本世纪中叶实现全球净零排放作为当前全人类最紧迫的使命。2018年，在瑞典发起了一场名为“飞行耻辱”的运动，并很快席卷了整个欧洲。越来越多的人开始选择更环保的旅行方式。总的趋势是广阔的。航空工业如果不能创新转型，就会被淘汰降级，新一轮的技术革命和全球竞争已经开始。
航空脱碳势在必行
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告指出，为了将全球变暖控制在与工业化前水平相比65，438+0.5摄氏度以内，到2050年实现二氧化碳零排放的目标非常重要。2015巴黎协定签署以来，尽快实现碳中和，主要行业在本世纪中叶实现净零排放是大势所趋。航空业作为全球经济活动的重要组成和支撑，必须积极变革，主动作为。
从2007年开始，早有远见的航空业开始探索全行业减排。许多国际组织和与民航相关的组织都制定了相应的计划，其中最重要的是国际民用航空组织(ICAO)于2016年通过的国际航空碳抵消与减排计划(CORSIA)，从而形成了首个全球行业减排市场机制，航空业也因此成为全球首个由政府实施全球碳中和增长措施的行业。根据计划，2050年前全球航空业的碳排放量将比2005年减少50%。
与此同时，欧盟和美国相继制定了2050年实现碳中和的目标。2021年7月，欧盟委员会提出了“适应55”法规，以确保2050年的碳中和。美国紧随其后，于当年6月5438+065438+10月发布了2050年零净排放的长期战略，公布了2050年实现碳中和目标的时间节点和技术路径。作为航空业的两大“引擎”，美国和欧洲都大幅提前了航空业的减排目标:明确到2050年实现净零排放。
202110代表全球航空运输业的航空运输行动小组(ATAG)敦促国际民航组织成员国根据行业承诺，在2022年国际民航组织410大会上支持通过长期减排目标。
在2021，165438年10月举行的第26届联合国气候变化大会(COP26)上，英、美、法等23个国家组成了国际航空气候雄心联盟，并签署了《国际航空气候宣言》，旨在加强政府间合作，为国际航空排放制定雄心勃勃的长期目标。特别是，建议支持国际民航组织通过雄心勃勃的长期目标，并敦促国际民航组织做出具体承诺，到2050年实现净零排放。与此同时，成员包括290家航空公司的国际航空运输协会(IATA)表示支持2050年净零碳排放飞行计划。
今年2月，在欧盟轮值主席国法国的主持下，42个发达国家在欧洲图卢兹签署了《航空可持续发展和脱碳图卢兹宣言》，呼吁全球采取措施，在2050年前实现航空业脱碳的目标，以遏制全球变暖。欧美等国希望通过这一不具约束力的倡议引发连锁反应，从而推动全球航空运输脱碳承诺在41国际民航组织大会上获得通过。该倡议还得到了空客、荷航、达索等146行业公司的支持。强调国际民航组织框架下的国际合作对确保全球公平竞争至关重要。
国际民航组织理事会主席Salvatore Sciacchitano出席了活动。他强调，尽管疫情及其影响仍在持续，但各国政府和航空业做出了雄心勃勃的决定，并采取了实际行动，以促进国际航空的脱碳。
以上种种，最终都指向今年9月即将召开的国际民航组织会议。该组织正紧锣密鼓地就国际航空二氧化碳减排的长期全球目标(LTAG)开展研究和咨询。3月底至4月初，该组织将就此举行全球航空对话，相关磋商进展将提交给LTAG高层会议，并最终在9月会议上进行投票。在2050年实现航空工业的脱碳无疑将是一个雄心勃勃的目标。无论国际民航组织最终做出什么承诺和限制，航空业的去碳化已经在望。
航空技术正在酝酿大变革
航空业虽然不是超级碳排放大户，但绝对是碳减排的“困难户”。主要原因是长途飞行也严重依赖化石燃料。要实现航空脱碳，能否在技术上有所突破是关键。
法国《回声报》认为，当前的航空业即将迎来第三次航空革命。第一次航空革命是20世纪初莱特兄弟第一架飞机的成功试飞。第二次革命是在20世纪50年代，涡扇发动机的问世宣告了航空工业进入黄金时代。那么什么是第三次航空革命呢？
德国西门子公司动力飞行技术负责人弗兰克·安东博士毫不犹豫地给出了自己的答案:电。安东指出:“电力推进技术是航空工业的发展方向，否则航空工业将没有未来。”西门子团队已经初步完成了混合动力推进系统的设计、研发和飞行测试。2015年，西门子推出电动飞机电机，重量只有50公斤，但功率却高达260千瓦，实现了世界上第一架250千瓦电动飞机的首飞。未来，通过动力系统的不断优化和电池技术的进步，西门子希望开发出100座的混合动力航空装置。
对于法国同行来说，这个问题的答案也是一个字:氢。法国民航研究理事会(Corac)于今年5438年6月+10月发表了一份关于航空运输脱碳技术路线的研究报告。报告认为，未来需要通过不断提高氢动力飞机的比例来实现行业的脱碳。在其规划的路线图中，法国可以在2030年推出新一代短程飞机，通过减少油耗和生物燃料实现碳中和，在2035年推出短程氢动力飞机，在2045年推出中程氢动力飞机。到2050年，氢技术可以为航空业的所有碳中和贡献29%。在另一份更激进的欧洲联合研究报告中指出，用氢气替代燃料可以将航空运输对气候的影响降低50%至70%。
电和氢是目前推进技术的两条主要研发路线。
法国蒙田研究所的报告指出，考虑到电池和燃料电池的能量密度，纯电力推进的应用将主要是小型飞机。对于大飞机来说，混合电力推进可以作为实现完全电气化的过渡技术。混合电力推进可以通过将传统发动机与电力推进串联或并联来组合。这个概念在汽车行业已经使用了很长时间。
按照目前的技术前景，100座以上的全电动飞机很难在2050年前投入使用。19座以下小型飞机的业务在增长，但目前仅占全球航空总排放量的不到1%。对于中远程大飞机来说，似乎比较现实的技术选项只有氢气和可持续航空燃料(SAF)。这里的氢推进不同于依靠氢发电的燃料电池。氢推进飞机燃烧氢作为发动机燃料。
目前欧美主要国家都将氢推进作为飞机脱碳的最佳候选方案，也是2035年可以实现的主要技术方案之一。氢燃料的优点是燃烧温度高，可以提高发动机的热效率，碳排放为零。从发动机厂商的角度来说，用氢气代替燃料并不难，主要是解决氢气燃烧带来的材料耐高温问题。即使需要调整，90%的发动机也可能保持不变。选择氢的主要困难是飞机上的储存问题。在相同的机载容量下，氢燃料的重量是传统燃料的三分之一，但体积是燃料的四倍，这就需要对飞机结构进行调整。而且液氢需要在零下253摄氏度的低温下储存，储罐的材料对隔热、抗振动冲击、承载、密封等要求较高，因此需要研制一种能够承受飞行器应用要求下的热循环和压力循环的液氢储罐。
根据法国蒙田研究所的预测，为实现2050年的脱碳目标，目前占全球航空排放量约3%和4%的支线航班(主要是100座的小型飞机)可以基于混合电力推进和氢燃料电池实现脱碳；占航空排放67%左右的中短途航班(主要是100 250座的中型客机)可以主要依靠氢推进技术；占航空排放30%左右的长途航班(主要是250座以上的大型客机)也需要依靠可持续的航空燃料。
除了推进技术，航空脱碳还需要在改善空气动力学、优化发动机性能、增加数字化等进步技术领域取得进展。
航空巨头纷纷进入市场。
2020年9月，空客启动了ZEROe零排放商用飞机项目，公布了三款混合氢能源的概念飞机，采用涡轮螺旋桨、翼身融合、涡扇三种概念机型，以氢为燃料。原型机暂定于2025年试飞，2035年投入使用。
今年2月，在宣布氢动力飞机项目20个月后，空中客车公司宣布与通用汽车和赛峰集团的平股合资公司CFM公司强强联合，双方决定在2025年左右启动氢动力飞机示范项目。该项目旨在对氢燃料发动机进行地面和飞行测试，并为2035年推出首架零排放飞机做准备。演示项目将使用A380测试飞机作为飞行测试平台，配备由空客在法国和德国的工厂准备的液氢罐。从2026年开始，空客将在A380巡航期间测试氢燃料发动机。
在美国，普惠公司于今年2月被美国能源部高级能源研究计划选中，为商业航空开发新型高效的氢燃料推进技术。
普惠公司的“氢蒸汽喷射和间歇冷却涡轮发动机”项目将使用液氢燃料，通过回收水蒸气，大大减少飞机的冷凝尾迹，从而实现零温室气体排放飞行，减少80%的氮氧化物排放。该项目采用的半封闭系统架构将比燃料电池具有更高的热效率，总运行成本可能比使用“滴式”可持续航空燃料进一步降低。这是普惠公司与美国先进能源研究项目的首次直接合作，以支持航空业在2050年实现飞机净零碳二氧化物排放的战略目标。
据法国《回声报》报道，波音公司似乎仍对2035年实现氢动力飞机的可行性持保留态度，波音公司更倾向于优先考虑使用替代燃料运行的传统飞机。
在俄罗斯，Rostec于2021年7月宣布了一项为航空和地面应用开发氢动力发动机的计划。俄罗斯联合发动机公司首席设计师尤里·什莫丁(Yuri Shmottin)表示:“为了减少航空业的碳足迹，使用氢燃料是最有前景的发展领域之一。我们正在考虑两种主要技术:在改进的燃气轮机中直接燃烧氢燃料，以及使用氢燃料电池发电。”
对中国来说，机遇和挑战并存。
法国《费加罗报》的文章称，许多国际航空观察家认为，零碳排放飞机的竞争是中国最终进入商业航空市场的历史性机遇。全球咨询公司AlixPartners董事总经理尼古拉斯·博格兰(Nicholas Bogran)和帕斯卡尔·法布尔斯(Pascal Fabres)认为:“零碳飞机涉及新技术的开发，长期投资的中国当然有牌照可以玩。”正如另一位专家总结的那样:“大家都在同一起跑线上。”
中国法航协会会长叶伟明博士在接受采访时表示:“在氢动力飞机的研发上，各国都处于同一起跑线上。这对中国来说是一个重要的机遇。”叶伟明表示，中国的航空工业和能源工业必须抓住第三次航空革命的历史机遇，尽快起步。我国在经典航空发动机领域还处于追赶阶段，建议中国航空制造尽快向新能源技术跨越，大胆转型。
中国法航协会副会长、空客R&D工程师丁毅表示:“空客零碳大飞机明确了氢能的技术路线。对于中国民机产业而言，氢燃料等新能源飞机结构和发动机或许是弯道超车的机会，但积累沉淀仍是长期挑战。零碳飞机新赛道的本质是航空制造业。要在中国型号任务的基础上争取稳步推进，努力缩小设计理念、制造工艺和试验方法上的差距。”
半个多世纪以来，空客和波音通过技术进步保持领先，但在变革之下，曾经的“巨无霸”无法保证在未来保持领先。关于是否选择氢能，空客和波音已经分道扬镳，一个踌躇满志，一个保守。航空工业要想在不到30年的时间内实现脱碳，必须依靠颠覆传统的科技突破。未来航空工业能否“氢”，靠的是大胆创新和胆识与远见。(本文摘自cstnet)
氢燃料和运输
氢气作为一种绿色、高效、可持续的二次能源，长期以来一直被用作燃料。
当世界上第一台内燃机投入使用时，它使用的燃料是氢气，而不是汽油或柴油。1804年，法国和瑞士发明家艾萨克·德·里瓦兹(Isaac de Rivaz)在成功设计了几款以蒸汽为动力的汽车后，开始尝试使用具有爆燃特性的燃料来替代蒸汽。他的第一个实验是研究发动机气缸内的燃油爆炸膨胀后推动活塞运动的基本原理。当时他用氢氧混合点火驱动内燃机，实验初步成功。1807年，他将原型发动机安装在四轮马车上，并驾驶马车行驶了一定距离，使马车获得了“世界上第一辆内燃机驱动的汽车”的荣誉。
在20世纪，汽车公司、大学、发明家和爱好者都在进一步测试氢驱动内燃机的可行性。1970年，发明家保罗·迪格斯申请了一项改进燃气内燃机的专利。他的设计允许汽油发动机使用氢气。如今，氢燃料发动机已被证明有能力为各种车辆提供动力，从轿车到公共汽车。
几十年来，航天工业一直使用液态氢作为氢氧火箭发动机的推进剂，为太空探索提供燃料。
氢作为飞机燃料的研究也有很长的历史。早在1957，美国国家航空咨询委员会(NACA)就使用氢气作为燃料，让马丁B-57轰炸机飞行了20分钟。1988年，世界上第一架以液氢为燃料的实验性商用飞机升空。苏联研制的这种Tu-155 * *已经进行了大约100次试飞。30多年后的今天，航空业再次将目光投向氢燃料商用飞机。