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客運(yùn)航空每位乘客的碳效率不斷提高。從1968年到2014年，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率提高了大約45%。航空公司也創(chuàng)造了更高的座位密度，即每架飛機(jī)更多的座位，更多的滿員航班。但是碳排放繼續(xù)上升，因?yàn)槌丝兔磕暝鲩L3-5%。CleanSky估計(jì)，在未來幾年，曲線將更加平緩，但由于每年的旅行增長，曲線將繼續(xù)增長。
每運(yùn)輸一噸材料，商業(yè)航空比其他任何運(yùn)輸方式都要消耗更多的燃料。在新冠肺炎疫情之前，商業(yè)航空公司預(yù)計(jì)到2022年將使用1000億加侖的噴氣燃料。2019年，該行業(yè)使用了960億加侖的噴氣燃料，并且每年都在穩(wěn)步增長，自2005年以來增長了44%。
即使技術(shù)繼續(xù)在噴氣推進(jìn)的燃料效率方面取得巨大進(jìn)步，它也不會(huì)超過航空旅行需求的年增長率，這直接體現(xiàn)在噴氣燃料需求的增加上。例如，CFM LEAP-1發(fā)動(dòng)機(jī)比20世紀(jì)90年代的CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省15%的燃油，比20世紀(jì)80年代的CFM56-3發(fā)動(dòng)機(jī)效率高22%。每一代機(jī)器的效率都在不斷提高，但問題是：并不是所有的飛機(jī)都使用下一代的發(fā)動(dòng)機(jī)。
隨著航空業(yè)積極研究傳統(tǒng)燃料模式的可行替代方案，氫燃料電池技術(shù)作為更清潔的飛機(jī)解決方案成為該行業(yè)的主要競爭者。
替代電源選項(xiàng)
三種替代能源正在引領(lǐng)商業(yè)航空業(yè)的復(fù)興：可持續(xù)航空燃料、電池電力和氫電燃料電池技術(shù)。
這些技術(shù)都提供了從大幅減少排放到零排放的各種選擇。然而，一旦開始分析利弊，氫最終成為噴氣燃料的唯一可靠和實(shí)用的替代品。
可持續(xù)航空燃料
能源部預(yù)計(jì)，從2020年到2050年，燃料需求將翻一番，每年需要2300億加侖，相當(dāng)于未來30年燃料需求增加116%。
SAF相對于電力和氫氣的真正優(yōu)勢在于它不需要對現(xiàn)有的發(fā)電廠進(jìn)行改造；發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒汽油，其工作原理與使用噴氣燃料相同。
SAFs前進(jìn)的真正障礙是可伸縮性。噴氣燃料行業(yè)已經(jīng)非常龐大（約1000億加侖），年增長率不到4%。SAF每年需要大量的生物質(zhì)，這相當(dāng)于每年生產(chǎn)的全部生物質(zhì)。或者，SAF的生產(chǎn)商可以采用氫作為原料的技術(shù)，這使得它非常昂貴。最終，它最適合作為快速減少CO?的過渡解決方案，但不能消除對環(huán)境更有害的其他溫室氣體，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的影響至少與航空燃料燃燒產(chǎn)生的直接CO?排放物一樣大。因此，它不能作為永久的解決辦法。
電池電力和混合電力
空中客車公司已經(jīng)通過他們的概念驗(yàn)證項(xiàng)目，E-Fan X，一種高度改進(jìn)的BAe 146支線飛機(jī)，追求這一想法。然而，這個(gè)項(xiàng)目的結(jié)果是一架噴氣式飛機(jī)，空客只用一個(gè)電動(dòng)機(jī)代替了四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)；來自電池和發(fā)電的重量被證明是禁止的。
重量因素將繼續(xù)成為民用飛機(jī)電氣化的限制因素。空中出租車所需的短距離操作仍可能是電池供電的領(lǐng)域，特別是因?yàn)橥ㄟ^使用碳纖維和其他復(fù)合材料為電池供電騰出空間，可以大大減輕重量。然而，對于商業(yè)客機(jī)所需的航程，電池是不可行或不現(xiàn)實(shí)的，很可能停留在幾百公里以下。此外，電池驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)：隨著電荷的減少，飛機(jī)重量不會(huì)減少。客機(jī)依賴于它們的飛機(jī)重量在整個(gè)飛行過程中顯著減少，以在到達(dá)時(shí)處于可接受的著陸重量包線內(nèi)。
此外，還有電池充電的問題。由于周轉(zhuǎn)快，航空公司目前沒有足夠的時(shí)間在其航線范圍內(nèi)為該尺寸的電池充滿電。重量限制和時(shí)間約束將阻止商業(yè)航空公司實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樗鼈兊睦麧欀饕Q于它們使用同一架飛機(jī)可以執(zhí)行多少次飛行。給飛機(jī)充電的過程會(huì)大大減少它所能提供的飛行次數(shù)。此外，充電的成本也很高：典型的充放電循環(huán)次數(shù)大約為幾千次，之后需要更換電池。
氫燃料電池
可持續(xù)航空的一個(gè)真正可行的選擇在于氫電動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用。氫燃料電池已經(jīng)在汽車工業(yè)中使用，成千上萬的汽車已經(jīng)上路，并且已經(jīng)在機(jī)場地面支持設(shè)備中運(yùn)行。初步評估顯示，燃料電池驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)比電池驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)有大約4到5倍的航程。與電池和傳統(tǒng)燃料相比，這一優(yōu)勢來自于氫的高能量密度。氫的唯一顯著缺點(diǎn)是體積密度低，這可以通過在小型飛機(jī)上使用壓縮氫，在大型渦輪螺旋槳飛機(jī)和噴氣式飛機(jī)上使用液態(tài)氫來克服。
飛機(jī)上有氫氣嗎？
隨著英國航空公司（British Airways）等航空公司投資于氫技術(shù)，并與全球政府合作，以在2050年前達(dá)到零排放航空標(biāo)準(zhǔn)，很明顯，航空公司將氫視為一種可行的替代品。氫氣是產(chǎn)生持續(xù)飛行所需推力的凈零排放燃料來源的唯一路線圖，而沒有電池供電飛行的重量和嚴(yán)重的航程限制。
與生物燃料、合成燃料和電池電力相比，氫有幾個(gè)推動(dòng)需求的關(guān)鍵優(yōu)勢。生物燃料和合成燃料沒有范圍限制，也沒有基礎(chǔ)設(shè)施，但CO?減排效果有限。電池很重，限制了行駛里程。與傳統(tǒng)的和合成的航空燃料以及電池相比，氫是真正可擴(kuò)展的，并且可以在運(yùn)行期間產(chǎn)生節(jié)約。
它的油箱尺寸只限制了氫的范圍。此外，當(dāng)使用低碳強(qiáng)度工藝（如可再生能源）制造時(shí)，氫氣對氣候的影響會(huì)大大降低。
對氫的需求將與空中最多產(chǎn)的碳化器——中程飛機(jī)——相吻合。單通道飛機(jī)產(chǎn)生的碳最多，因?yàn)樗热魏纹渌愋偷娘w機(jī)都多。因此，專注于向氫過渡的這種飛機(jī)將產(chǎn)生對氫動(dòng)力和氫燃料的巨大需求，并顯著減少污染物。
聯(lián)邦快遞已經(jīng)證明，在地面支持設(shè)備中，氫是內(nèi)燃機(jī)的一種清潔、易于獲得的替代品，他們在孟菲斯將整個(gè)機(jī)場貨運(yùn)拖船隊(duì)轉(zhuǎn)換為氫燃料電池動(dòng)力。
氫燃料電池是所有機(jī)場保障車輛的天然選擇。我們預(yù)計(jì)機(jī)場巴士、飛機(jī)拖輪和飛機(jī)加油車也將過渡到氫燃料電池供電。
機(jī)場上的氫生態(tài)系統(tǒng)
前進(jìn)的明確選擇是在全球機(jī)場開發(fā)氫生態(tài)系統(tǒng)，為使用綠色氫作為主要能源的商用飛機(jī)提供動(dòng)力。一旦綠色氫基礎(chǔ)設(shè)施到位，它就是一種完全可再生的燃料來源，可以通過可再生能源就地生產(chǎn)。
機(jī)場是有機(jī)生產(chǎn)液態(tài)氫的絕佳平臺，因?yàn)樗鼈冊O(shè)計(jì)平坦，占地?cái)?shù)百英畝。此外，由于需要一個(gè)平整的表面來減少障礙物，機(jī)場有機(jī)會(huì)在他們的一些區(qū)域安裝太陽能電池板，而不違反傳統(tǒng)的安全措施。
機(jī)場環(huán)境已經(jīng)很好地被用于氫氣生產(chǎn)。所有的商業(yè)機(jī)場都有一個(gè)“油庫”。考慮到這些油庫的巨大規(guī)模和散裝石油儲存中固有的危險(xiǎn)，它們遠(yuǎn)離機(jī)場的航站樓、停機(jī)坪和活動(dòng)區(qū)。太陽能電池陣列已經(jīng)在機(jī)場中廣泛應(yīng)用，為航站樓、機(jī)場照明系統(tǒng)等供電。例如，最近的一項(xiàng)研究表明，利用機(jī)場可供太陽能電池陣列使用的表面積，除了機(jī)場本身之外，還可以為多達(dá)136，000所房屋供電。
飛機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正與全球政府和機(jī)場合作，爭取在2050年前實(shí)現(xiàn)零排放。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的所有選擇都擺在桌面上。然而，并非所有實(shí)現(xiàn)零排放的方式都是相同的，未來的道路顯然在于氫燃料電池的生產(chǎn)。它是清潔的，在幾年內(nèi)將變得比傳統(tǒng)燃料更便宜，將變得容易獲得，并且可以在機(jī)場現(xiàn)場制造、儲存和分配。
商業(yè)航空旅行將繼續(xù)逐年增長，推動(dòng)對噴氣燃料的更高需求，僅在過去16年中，需求就已經(jīng)增長了44%。在替代燃料的三個(gè)主要競爭者中，氫是唯一可擴(kuò)展的零排放解決方案。氫是可再生的，不依賴于生物質(zhì)，并保持化石燃料的大部分范圍和容量；唯一的排放物是水。此外，這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在就在這里，所以我們需要將其用于商業(yè)航空，并消除噴氣燃料的壟斷。
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