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液氫的綠色應(yīng)用前景吸引了包括航空領(lǐng)域在內(nèi)的各方參與者。
來自于荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的四十四名學(xué)生們組建的Ａｅｒｏｄｅｌｆｔ團(tuán)隊一直在科學(xué)研究一種液氫燃料電池飛機(jī)。
該團(tuán)體近期展現(xiàn)了ｐｈｏｅｎｉｘ的原型機(jī)，這是一個變小了１／３的雙座飛機(jī)，并計劃在７月進(jìn)行首次公開飛行。
原型機(jī)翼展５．７米（１９英尺），重５０公斤（１１０磅），攜帶１公斤液氫，預(yù)計航程約５００公里，航程約７小時。
在這個原型中，氫氣被儲存在－２５３°Ｃ的低溫罐中，并通過一個復(fù)雜的管道系統(tǒng)加熱到０°Ｃ。隨后根據(jù)１．５千瓦的燃料電池給飛機(jī)尾部的電動式螺旋槳電機(jī)進(jìn)行充電。
一架全尺寸的ｐｈｏｅｎｉｘ也已經(jīng)在建造中，設(shè)計于七月公開亮相。全尺寸的ｐｈｏｅｎｉｘ將攜帶１０公斤的液氫，預(yù)估續(xù)航力２０００Ｋｍ，在空中的續(xù)航時間為１０小時。
按計劃，它將于２０２２年夏天首次使用氣態(tài)氫進(jìn)行飛行，并預(yù)計在２０２４年進(jìn)行首次全規(guī)模液氫飛行。
屆時，它將成為世界上第一架使用液氫燃料的飛機(jī)。
在減少碳排放的壓力下，越來越多的航空公司和組織正在探索使用氫能。
２０１９年，全世界航空業(yè)造成了９．１５億噸ＣＯ２，約占全球全人類二氧化碳排放的２％。為了降低航空碳強(qiáng)度，聯(lián)合國下屬的國際民用航空組織（ＩＣＡＯ）于２０１６年１０月設(shè)計了國際航空碳抵消和減少計劃（ＣＯＲＳＩＡ），這就要求航空公司對國際航班超過基準(zhǔn)產(chǎn)生的二氧化碳排放進(jìn)行補(bǔ)償。
羅爾斯?羅伊斯大中華區(qū)總裁李安在接受《界面新聞》采訪時表示，雖然航空業(yè)的碳排放只占全球總量的２％，但減排難度很大，尤其是消耗大量能源的寬體飛機(jī)。
氫長期以來一直被用作燃料。１８０７年，瑞士發(fā)明家伊薩克·德·里瓦茲制作了首臺氫燃料內(nèi)燃機(jī)；１９７０年，保羅·迪格斯（Ｐａｕｌ Ｄｉｇｇｓ）申請了一項(xiàng)改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的專利，使汽油發(fā)動機(jī)能夠以氫氣為動力。
氫已經(jīng)被用來為商用和公共交通工具等地面交通工具提供動力，但它在航空工業(yè)中的應(yīng)用一直很困難。
其中一個很大的限制是液氫的儲罐。
氫的重量能量密度極高，但體積密度很低，需要在極低的溫度下壓縮或轉(zhuǎn)化為液體。儲存液氫的儲罐在設(shè)計上非常復(fù)雜。
考慮到液態(tài)氫的單位體積能量密度就只有航空燃料的１／４，這代表著一架飛機(jī)必須帶上４倍的燃料箱才可以得到相同的能量，這就迫使飛機(jī)載客量減少或體積增大。
據(jù)界面新聞報道，目前飛機(jī)主要有兩種氫推進(jìn)模型。第一種是利用氫通過燃料電池發(fā)電，為電動機(jī)提供動力。第二種推進(jìn)模式是基于在內(nèi)燃機(jī)中直接燃燒氫氣，類似于目前在飛機(jī)上使用的系統(tǒng)。
ｐｈｏｅｎｉｘ原型機(jī)依靠燃料電池技術(shù)作為動力系統(tǒng)。困難在于儲存液氫，這比氫燃燒效率高得多。
ｐｈｏｅｎｉｘ原型機(jī)項(xiàng)目經(jīng)理Ｓａｍ Ｒｕｔｔｅｎ表示，液氫系統(tǒng)正在順利完成設(shè)計階段。
據(jù)他說，推進(jìn)團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)了一個特殊的容器，以及其他支持系統(tǒng)，將允許飛機(jī)在液態(tài)氫上飛行。他們將根據(jù)所有相關(guān)的認(rèn)證來建造集裝箱，目前正在生產(chǎn)中。
除了Ａｅｒｏｄｅｌｆｔ團(tuán)隊，其他機(jī)構(gòu)也在研究氫動力飛機(jī)。
去年１１月，Ｍａｈｅｐａ項(xiàng)目團(tuán)隊，包括代爾夫特大學(xué)、蝙蝠飛機(jī)和德國宇航中心（ＤＬＲ），在斯洛文尼亞馬里博爾機(jī)場完成了ＨＹ４氫混合動力飛機(jī)的試飛。
該項(xiàng)目由蝙蝠飛機(jī)、Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｙｎａｍｉｃｓ公司、德國宇航中心、米蘭理工大學(xué)、代爾夫特理工大學(xué)、馬里博爾大學(xué)和烏爾姆大學(xué)組合而成，將重點(diǎn)發(fā)展新的模塊化和升級的氫燃料電池技術(shù)。
歐洲飛機(jī)制造商空中客車（Ａｉｒｂｕｓ）也在研究如何將液氫用于內(nèi)燃機(jī)或燃料電池，作為其零排放計劃的一部分。
２０２０年９月，空中客車宣布，氫推進(jìn)系統(tǒng)將成為新一代零排放商用飛機(jī)的核心。
從理論上講，液氫可以將整個電力傳輸系統(tǒng)冷卻到超導(dǎo)溫度，此時系統(tǒng)的阻力將消失，效率將大幅提高。空客公司認(rèn)為，為充分利用這一效應(yīng)而設(shè)計的動力系統(tǒng)可以使飛機(jī)的重量減少一半，電力浪費(fèi)減少一半。
液氫在航空方面的應(yīng)用仍在探索中。無論是罐體設(shè)計、制氫技術(shù)、安全保證還是超低溫應(yīng)用，都是目前研究人員面臨的難題。
液氫飛機(jī)究竟是一種可行的低碳航空解決方案，還是一種理想的飛機(jī)，將在未來幾年內(nèi)進(jìn)行測試。
