航空领域

近两年来，“碳中和”、“碳达峰”成为全球经济的热门话题，各国也相继宣布“碳中和”目标和能源转型路线图。本月初，法国总统马克龙刚公布了公布“法国2030”投资计划，将能源转型作为重中之重。

在这份计划中，法国将推动发展绿色能源，促进环保的新型交通工具的生产制造。马克龙表示，法国要成为“绿色氢能”的领导者，计划建设两个大型电解设备工厂，实现到2030年在法国生产200万辆电动和混合动力汽车的目标。

航空运输业作为排放密集型产业，面临巨大的能源转型压力。近年来，主要飞机制造商的开发部门越来越多地考虑将液态氢（LH2）作为未来几代商用飞机的可持续生产燃料。

今年6月，空客公司决定在法国南特（Nantes）和德国不来梅（Bremen）建立零排放发展中心（ZEDC），集中精力开发金属储氢罐。零排放发展中心将在2023年全面投入使用，并计划于2025年进行首次飞行测试。

氢能与航空运输业

作为一种绿色、高效、可持续的二次能源，氢能作为燃料使用由来已久。1807年，瑞士发明家伊萨克•德•里瓦兹设计了第一台氢燃料内燃机；1970年，保罗·迪格斯为内燃机的一项改进申请了专利，允许汽油发动机依靠氢气运行。目前，氢燃料已能为各种地面车型提供动力，法国首批氢动力列车——阿尔斯通的Coradia iLint列车已投入运行 。但氢能在航空领域的应用，依然面临许多挑战。

据统计，航空业二氧化碳排放量约占全球排放量的2.4%，但这一领域实现减排难度很大，因此也是各国实现净零碳排放目标不可忽视的环节。对于航空运输业来说，碳排放计划指标是眼下全行业所面临的共同压力和动力——2050年碳排放量减少到2005年的50%。

在碳减排的压力下，氢动力飞机的零碳排放特性无疑有着巨大的吸引力，是未来绿色航空实现碳中和的主要途径之一。 因此，零排放概念机的推出对商业航空来说具有划时代的意义，氢动力飞机、电动航空也因此成为全球民机领域的研究热点。

欧盟氢能与燃料电池联合行动计划（FCH）发布《氢动力航空：到2050年氢技术、经济和气候影响》报告，评估了氢能在促进航空脱碳方面的潜力，提出了氢动力航空的研发路线图建议，希望到2050年，氢动力飞机将占所有飞机的40%。

报告指出，氢动力飞机是最适合通勤、区域、短程和中程的飞机。在第一阶段（2020-2028年），发展技术基础，使氢动力通勤飞机通过认证，并为从安全到市场激活机制等方方面面法规制定路线图和基础工作体系；在第二阶段（2028-2035年），重点进行扩大组件规模的研发活动，将其应用到中程飞机，并为其投入运营做好准备，包括安全和高效的机场加氢设施建设等； 在第三阶段（2035-2050年），进行中远程氢能飞机的概念和首批原型机开发，包括新型变革型飞机设计、大规模燃料供应、快速加氢的新技术等。

就目前而言，氢燃料电池的主要缺点在于成本高昂和缺乏供应体系等基础设施，氢能的制储运成本都很高，建设成熟的氢能供给体系（加氢站、运输体系等）更是要“举国之力”。

但在航空领域，氢能的劣势被缩小，而优势被放大：氢燃料电池的能量密度可以完胜锂电池，在同样重量下，氢能电池组续航能力更强，使用寿命更长，充电时间较短。因此，氢燃料电池系统更能保证商用飞机的运行效率和飞行时间。

空客的氢动力革命

2020年9月，世界航空运输行动小组（Air Transport Action Group，ATAG）于发布了全球航空业应对气候变化的2050年路线图报告，指出航空业对于气候变化的行动承诺决不能改变，要在疫情后实现“绿色复苏”。作为全球最大的飞机制造商，空客表现得雄心勃勃，并希望在这个重要的转型期发挥主导作用。

氢能的使用对飞机结构的研发和制造提出了新的要求。空客也借此机会对结构业务进行调整，提前布局，并紧锣密鼓地建设产业伙伴关系和基础配套设施。2020年，空客推出了ZEROe零排放商用飞机项目，公布了三款混合氢能概念飞机，分别用涡轮螺旋桨（Turboprop）、翼身融合（BWB）和涡轮风扇（Turbofan）三种类型的发动机，暂定于2035年投入使用。

在这三款概念机中，涡轮螺旋桨发动机（Turboprop）主要用于100座级以下的支线飞机，航程约1000海里（约1850公里）;翼身融合发动机（BWB）和涡轮风扇发动机（Turbofan）主要用于200座级以下的支线飞机，航程约2000海里（约3704公里）。

氢气可以以不同的方式为飞机提供动力：可以通过改装的燃气轮机直接燃烧氢气；可以使用燃料电池将其转换为电能；氢气与CO2结合可用于生产合成煤油。空客推出的这三款ZEROe氢能飞机，将前两种方式结合——通过液态氢的燃烧来提供动力，与此同时，氢燃料电池产生的电能可补充燃气轮机，从而形成了高效的混合动力推进系统。

空客今年在德国不来梅和法国南特的基地建立了零排放研发中心(ZEDC)，目的是实现低温液态氢（LH2）储罐的制造，以支持ZEROe零排放氢动力飞机发展。据悉，这两个零排放开发中心在2023年全面投入使用，将涵盖基础部件生产、组装、系统集成和液态氢（LH2）储罐的低温测试等，并计划于2025年进行首次原型机飞行测试，于2035年实现商业飞行。

液态氢（LH2）储罐制造的难点在于液态氢在-250°C下才能液化储存，对于商业航行飞机而言，需要开发一种能够在飞机应用要求下承受热循环和压力循环的部件。预计短期内，液态氢（LH2）储罐将是金属结构，但与碳纤维增强聚合物复合材料共同应用具有很大的潜力。

这两个零排放研发中心（ZEDC） 的目标是造出具有成本竞争力的低温储氢罐，以支持 ZEROe氢能飞机未来的成功上市，并加速氢能推进技术的发展。储氢罐结构的设计和集成对于未来氢能飞机的性能至关重要。

空客公司表示，选择南特工厂是因为该生产基地在飞机中央翼盒相关的金属结构方面有深厚的技术基础，包括商用飞机最关键的中央油箱设计生产。空客南特基地在金属、复合材料技术及集成应用方面具有较强能力，同时，在机舱入口、天线罩和中央机身复杂工作包的协同设计方面有着丰富经验。

同时，该零排放研发中心也将受益于空客南特技术中心（Technocentre de Nantes)的研发，并得到如儒勒凡尔纳共享技术研究所（IRT JulesVerne）等当地技术创新产业群的支持。

氢能源飞机的研发应用，绝非一朝一夕之事。应对全球去碳化的挑战，不仅仅要着力于氢动力飞机的研发，也要能够在合适的时间、地点、以合适的价格获得合适的燃料和氢气，这需要政府、监管机构、市场的各方面配合。从目前的趋势看，氢能是实现气候中立飞行的真正解决方案，它也许比预测的要更早地成为商业现实。