9月10日消息，在斯洛文尼亞的馬里博爾一個不起眼的小機場，德國氫動力創(chuàng)業(yè)公司H2FLY成功完成世界上第一次使用液態(tài)氫作為燃料的載人飛行。這次飛行標志著歐盟資助的HEAVEN項目的圓滿完成，該項目旨在展示在飛機中使用液態(tài)、低溫氫的可行性。

據(jù)報道，幾天前，HY4和其兩名飛行員在空中飛行了3小時1分鐘，消耗了10公斤的氫。該飛機的最大儲存容量為24公斤，可以持續(xù)飛行8小時。

其中一名飛行員JohannesGarbino-Anton在飛行后稱：“感覺真是太棒了，這是完美的團隊合作成果，這項技術(shù)“運行完美”，和普通飛機最大的不同是沒有振動和噪音。當然，還有沒有二氧化碳排放。”

資料顯示，H2FLY的動力系統(tǒng)由儲氫裝置、120kW燃料電池能量轉(zhuǎn)換器和電動機組成，這是H2FLY第八次飛行測試活動。自2016年以來，以氫電混合動力的HY4一直在飛行，但今年夏天取得了突破，使用液態(tài)氫而不是氣態(tài)氫作為燃料，液態(tài)氫比氣態(tài)氫具有更高的能量密度，可以顯著降低油箱重量和體積。在航空運輸領(lǐng)域，特別是在改裝飛機時，這等于不必去掉太多乘客座位或減少貨物空間，即有效載荷。但更重要的是，其解鎖了更大的航程。對于HY4試驗機來說，使用氣態(tài)氫可以飛750公里，而使用液態(tài)氫可以飛1500公里，也就是兩倍的距離。不過，液態(tài)氫需要低溫（約-253°C），這增加了運輸和加注的復(fù)雜性。

HY4由玻璃纖維和碳纖維制成，不會投入商業(yè)生產(chǎn)。H2FLY的下一步是將燃料電池系統(tǒng)擴展到兆瓦容量，H2F-175系統(tǒng)將不僅實現(xiàn)更長的航程，還能達到27000英尺（約8229米）的高度。通過與Deutsche Aircraft合作，他們打算用H2FLY的氫電燃料電池改裝一架30座的Dornier328示范機，并計劃在2025年開始試飛。

H2FLY于2015年由斯圖加特德國航空航天中心和烏爾姆大學的五名工程師創(chuàng)立。該公司致力于整個動力系統(tǒng)的開發(fā)，但在必要時也會開發(fā)各個組件。2021年，H2FLY被加州公司Joby Aviation收購，后者正在開發(fā)一種電動垂直起降飛行器(eVTOL)，以提供空中出租車服務(wù)。

2023是氫能源飛機起飛元年？

法國《回聲報》一篇題為《2023，氫動力飛機元年》的文章認為，全球低碳航空已處于起步階段。

氫動力飛機是航空業(yè)實現(xiàn)2050年凈零排放目標所探索的低碳技術(shù)路線之一。有海外媒體認為，2023年是氫動力飛機元年。隨著制氫產(chǎn)業(yè)日趨成熟，氫能源飛機也有望實現(xiàn)快步發(fā)展。

今年以來，全球范圍內(nèi)氫能航空領(lǐng)域的探索活動愈加活躍。

3月，美國通用氫能源公司(Universal Hydrogen)的氫燃料電池驗證機成功在美國華盛頓州莫斯湖完成首飛。這次試飛持續(xù)了15分鐘，飛行高度達到3500英尺。據(jù)悉，這次的測試平臺基于Dash8-300改裝而來，這也是目前世界上最大的氫燃料電池飛機。美國一架40座的氫動力飛機完成試飛，時長約15分鐘；

3月底，我國首款四座氫內(nèi)燃機飛機驗證機搭載一汽集團基于“紅旗”汽油機研發(fā)的國內(nèi)首款2.0L零排放增壓直噴氫內(nèi)燃機，是我國自主研制的第一架由氫內(nèi)燃機提供動力的通航飛機。

4月，歐洲飛機制造商空中客車在蘇州舉行開業(yè)活動，正式宣布啟用其在中國的研發(fā)中心。空中客車公司表示，將在其位于江蘇省蘇州市蘇州工業(yè)園區(qū)剛剛成立的的新研究中心專注于其未來氫動力飛機的研發(fā)。

8月，美國宇航局(NASA)與伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(UIUC)簽署協(xié)議，繼續(xù)推進零排放概念客機的開發(fā)工作，其概念機使用液氫作為燃料和冷卻劑，以實現(xiàn)超導(dǎo)性能，提高效率并減輕重量。

9月，中國商飛公司展示出“靈雀M”航模，它的機翼載客、機身填裝燃料。該公司夢幻工作室主任崔赫夫介紹，“靈雀M”是國內(nèi)新一代氫能源技術(shù)驗證機，其機身部就是按照加載液態(tài)氫原料設(shè)計。“靈雀M”原型機擬在10月進行試飛，不過其像C919一樣實現(xiàn)商用化，仍需要較長時間。

由于氫內(nèi)燃機對氫氣純度沒有特殊要求，并且可以使用內(nèi)燃機行業(yè)已有的技術(shù)和生產(chǎn)線，因此與氫燃料電池相比更具價格優(yōu)勢。飛機使用氫作為動力來源，具有熱值高、無污染、資源來源廣泛等優(yōu)點，在降低碳排放的同時保持較高的工作效率，有助于在航空業(yè)盡早實現(xiàn)雙碳目標。

當前，全球航空業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳排放量約占全球碳排放總量的2.5%。據(jù)相關(guān)預(yù)測，未來20年全球旅客年增長率約為3.7%，到本世紀中葉航空業(yè)體量將至少翻一番。為了實現(xiàn)2050年凈零排放這一行業(yè)目標，航空業(yè)多條低碳技術(shù)路線正同時推進，氫動力飛機便是其中之一。

航空業(yè)碳排放主要來自化石能源燃燒，氫能被認為是化石能源的最佳替代。氫燃料不僅綠色低碳，還比現(xiàn)在最主要的航空燃料——航空煤油具有更高的單位重量能量密度。在提供相同能量的條件下，氫燃料重量僅相當于航空煤油的24%。對于“為減少每一克重量而奮斗”的飛機而言，這部分減重的重要性不言而喻。

儲存氫絕非易事

不過，氫本身雖輕，但儲存氫絕非易事。

首先是存儲體積大。常溫標準大氣壓下，氫分子以密度很小的氣態(tài)形式存在，同等能量下體積約是航空煤油的2750倍。為節(jié)省空間，通常采用272倍大氣壓對氫氣進行增壓儲存，還可以選擇在大氣壓下降溫至零下253.87攝氏度使氫分子轉(zhuǎn)化為液態(tài)。從系統(tǒng)復(fù)雜度而言，壓縮氫氣方案實施起來相對簡單，但需要付出更高的空間和重量代價。低溫儲存的液氫相對密度更大，對于未來的商用航班，液氫的方案更加現(xiàn)實可行。

其次是安全儲存難。無論采取哪種儲氫方式，對密封性的要求都比傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)更復(fù)雜。這是由于氫分子遠小于航空煤油，更容易從管路縫隙中逃逸；對于液氫儲存，還必須考慮恒溫條件的實現(xiàn)問題，否則升溫氣化后體積膨脹的氫有可能導(dǎo)致燃料箱內(nèi)壓強驟增而直接爆炸。航天領(lǐng)域的液氫儲存系統(tǒng)相對比較簡單，氫氧發(fā)動機火箭都是在起飛前才加注低溫液氫，且邊加注邊向大氣中排放氫氣，以避免液氫升溫氣化造成的燃料箱壓力超過結(jié)構(gòu)強度極限——火箭起飛前噴出的白霧便是由此產(chǎn)生。相對于數(shù)分鐘的火箭發(fā)射而言，飛機飛行時間長達數(shù)小時，必須尋求更為可靠的儲存方式。

氫能源飛機有望實現(xiàn)快步發(fā)展

現(xiàn)在，新型復(fù)合材料的發(fā)展為儲氫環(huán)節(jié)提供了支持。相對于傳統(tǒng)金屬材料來說，相同強度的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)所需付出的重量代價更小。就液氫儲存罐而言，新型復(fù)合材料可以極大地減少其重量并增加有效容積。例如，一些國家研制的碳纖維復(fù)合材料燃料罐，同等容積下比現(xiàn)有最先進的航天低溫罐減少了75%的重量。

當前主流的動力技術(shù)路線通常有3種。其一是氫燃料電池，通過化學反應(yīng)產(chǎn)生電能，驅(qū)動電動機產(chǎn)生推力。其二是氫燃料內(nèi)燃機，類似于傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機，但燃料改為了液氫。由于相同工作容積下發(fā)生氧化還原反應(yīng)的氫氣流量較小，使得這兩種方案功率密度較小而更適用于小型飛機。對于更大重量的民航客機，未來的選擇應(yīng)與現(xiàn)有渦扇發(fā)動機的推進方式相仿——通過點燃更大流量的氫氣以驅(qū)動渦輪、產(chǎn)生動力，從而使發(fā)動機獲得更大的功率密度。

隨著制氫產(chǎn)業(yè)日趨成熟，氫能源飛機也有望實現(xiàn)快步發(fā)展。可以預(yù)見，類似乘用車從燃油向電動的技術(shù)更新，民用航空器的低碳轉(zhuǎn)型也將推動行業(yè)升級換代，促進民航業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施改進創(chuàng)新，并對拉動上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展等產(chǎn)生重大影響。