罗罗实现氢能源驱动航空发动机，新能源进入“淘汰赛”阶段？

11月29日，英国航空发动机制造商罗罗公司，成功使用氢能源驱动现代航空飞机发动机。

(资料图片)

这或许意味着，实用化的氢动力飞机发动机真的将要来了。

可持续航空燃料或将被氢取代

随着能源问题日益突出，氢能作为一种清洁、高效、安全的新型能源，被证实可以在航空航天领域得到广泛应用。

而罗罗公司首台以氢能为燃料的现代飞机发动机投入测试，使其在航空领域的应用取得了突破性进步。

众所周知，氢气的能量密度几乎是柴油或汽油的三倍，但需要冷却至-253°C以保持液态。这给飞机燃料箱设计带来了不小的挑战。

而随着空客在11月完成首个低温氢燃料箱原型的设计，这一重要难题终于得到突破。空客也预计使用氢燃料的飞行测试将在2026年至2028年间开始。

目前，航空运输业的排放量占全球总量的2%。虽然SAF的产量逐年增加，颇受航空公司的青睐，但只能减少80%的碳排放。

在各项研究后，行业内正在认识到，要想真的实现航空业净零排放，氢能源动力或许是目前最优的选择。

使用氢能燃料所产生的二氧化碳可忽略不计，在燃烧或用于燃料电池时也不会产生任何二氧化碳。其次SAF价格过高，比传统的燃料贵2~6倍。虽然SAF产量逐年增加，但其目前只能满足航空业不到0.1%的需求。长期使用SAF在成本上会削弱航空公司的竞争力。

根据欧洲气候智库能源转型委员会的一项研究，如果氢燃料到2035年实现商业化，到2050年可能会占据32%的航空燃料市场份额。

英国零碳排放商业航空旅行研究机构FlyZero得出结论，绿色氢气是零碳排放飞行的最佳燃料，可以为一架载有280名乘客的大型飞机提供动力，进行洲际飞行。

航空制造业领先探索氢动力

在欧洲主导的净零碳排放目标下，欧洲空客公司率先嗅到了氢能的未来前景。2020年9月，空客公司商宣布将在五年内推出商业上可行的氢动力概念飞机ZEROe。该项目还得到了法国、西班牙和德国政府等大股东的支持。

“ZEROe”包括三款概念机：

1涡扇发动机

一款采用涡扇发动机的设计方案（搭载120~200名乘客），航程超过2000海里，能够进行洲际飞行，由可使用氢的改型燃气涡轮发动机提供动力。

2“翼身融合”

一款采用“翼身融合”的设计方案（最多搭载200名乘客），航程与涡扇概念机相似。超宽的机身为氢气的储存和输送，以及客舱布局提供了多种选择。

3涡桨发动机

另一款采用涡桨发动机的飞机（最多搭载100名乘客），航程超过1000海里。

而继罗罗公司推出其首款可使用氢燃料的AE2100-A发动机后。空客公司表示，正在开发一款氢燃料电池发动机，并将于2025年左右开始在其ZEROe验证机上对这款燃料电池发动机架构进行地面和飞行测试。

此前，波音公司在竞争对手空客公布ZEROe概念项目后就表示：

由于技术监管方面的障碍和技术不确定性，氢动力客机的开发前景和应用可行性目前尚不明朗。

目前，在客机改进方面，波音公司正在与Atihad航空公司合作，开展“环保验证机”项目研究。

该项目基于新型波音787客机，重点研发飞机降噪和提升飞行效率等方面的相关技术。

波音公司认为，虽然氢能源具有独特的应用前景，但是该技术的推广仍面临很大困难。

主要的难题是氢燃料的生产和存储问题。

目前，氢能源相关的理论、知识、应用等研究课题仍存在很多未知领域。商用航空领域氢最早在2025年可为机场应用提供机会。

除此之外，许多初创企业和其他小型企业也在氢动力方面取得进展。

美国ZeroAvia公司计划在2025年推出600千瓦的氢电动力系统，可满足一架19座、航程480公里的飞机。到2027年，推出可满足最多80名乘客的支线飞机动力系统。ZeroAvia还与三菱、RJ航空集团展开合作，以助其在2030年之前对更大的支线喷气飞机动力系统进行认证。

在今年7月的范堡罗航展上，英国GKN集团公布了低温超导氢能航空技术研发项目，主要应用19座、48座和96座飞机，计划2026年应用于支线飞机。该项目还得到了英国政府的支持，并为其投资5400万英镑。

全电与氢动力谁更有未来？

近年来，随着环保问题越来越受重视，航空业也不得不开始注意碳排。

电推进飞机一直是民用航空研究热点和未来的重要发展方向之一，世界多国、多家企业及研究机构的多种电推进飞机方案持续推进。

但目前还有多项技术难点亟待解决，如热管理和全电推进飞机的重心问题，需要开发主动冷却、非烧蚀高温蒙皮等新型技术和新型高能量密度电池及相应的能量管理技术。此外，还有电池体积问题。

氢能污染小、既具有可获取性、又具有安全性，不论从重量还是体积上看，氢气都比锂电池的能量密度大。虽然氢能飞机在储存技术上存在一定困难，但随着低温氢燃料箱原型的技术突破，其发展前景巨大。

一年前巴航工业首次Energia系列飞机，由四款不同尺寸的概念飞机组成，分别采用了不同的推进技术，即电动、氢燃料电池、双燃料燃气轮机和混合动力。

但经过一年的研发，巴航工业在12月5日宣布：放弃全电机型，专注于氢和混合动力方向。

可见，全电大型飞机在电推进技术方面还有许多技术壁垒，有了巴航工业的前车之鉴，欧美同行或许会与其行合趋同。

而随着罗罗、空客在可持续航空研究方面取得进展，将有更多公司从全电动航空转向混合动力或氢动力。

虽然还不能说氢在航空业中的使用已经“起飞”，但可以预见其正以极快的速度发展，或许未来不久，氢燃料动力的飞机真的会落地成真。