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如果你問，氫燃料電池能在飛機上使用嗎?你將得到1840萬份搜索結(jié)果，其中包括對環(huán)保航空初創(chuàng)企業(yè)ZeroAvia的大量討論。事實上，這家成立4年的公司對這個緊迫的問題給出了響亮的肯定回答。這是因為該公司在英國科茨沃爾德機場(Cotswold Airport)的研發(fā)中心已經(jīng)成功進行了數(shù)十次氫電力動力測試飛行。
到2024年，ZeroAvia表示，它計劃將自己的技術應用于商業(yè)航空部門，以爭取實現(xiàn)零排放的未來。今年10月，通過與愛爾蘭ASL航空公司的貨運業(yè)務合作，該公司實現(xiàn)了這一目標的一個重要里程碑。作為合作的結(jié)果，零航空將為航空公司的ATR72飛機生產(chǎn)氫電力發(fā)動機。
ZeroAvia的動力系統(tǒng):開發(fā)物流
ZeroAvia和ASL將共同開發(fā)ZA2000的動力系統(tǒng)。這種2-5兆瓦(MW)的替代發(fā)動機通常為配備40到90個乘客座位的飛機提供動力。每架ASL ATR72貨運飛機將結(jié)合一個氫燃料電池和一個電動馬達動力系統(tǒng)。
為了可靠地為ATR72貨運卡車補充燃料，ZeroAvia將進一步擴大現(xiàn)有的氫機場加油生態(tài)系統(tǒng)(HARE)。該公司與歐洲海洋能源中心(EMEC)合作開發(fā)了這一創(chuàng)新系統(tǒng)。
未來燃料電池背后的科學
ZeroAvia的氫燃料電池動力系統(tǒng)整合了多個合作伙伴的頂級組件，包括航空認證的氫燃料電池、逆變器和發(fā)動機。動力系統(tǒng)包括該公司的專有軟件和硬件，集成了組件，并促進了成功的操作。集成機制與飛機的航空電子設備和其他系統(tǒng)接口。完整的動力系統(tǒng)冗余能夠增強可靠性和安全性。
在典型的氫燃料電池中，氫會引發(fā)化學反應并產(chǎn)生電能。氫燃料電池能在低溫下將氫轉(zhuǎn)化為電能。相比之下，燃燒氫氣產(chǎn)生的能量溫度要高得多。燃料電池的電力驅(qū)動發(fā)動機，為飛機提供動力。總的來說，這些活動包括一個模塊化的氫燃料電池動力系統(tǒng)。
ZeroAvia的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Val miiftakhov表示，該公司的氫電力動力系統(tǒng)比市場上最好的電池要好得多。
“我們選擇使用氫電力動力系統(tǒng)，因為我們相信這是唯一可行的解決方案，可以帶來航空領域的電力革命。它的能量密度是目前最好的鋰離子電池的四倍。此外，在僅使用電池的飛機設計中，由于充放電事件，電池的壽命周期有限。這大大增加了這些飛機的總擁有成本。”
相比之下，ZeroAvia設計的氫燃料電池動力系統(tǒng)可以提供更多的飛行里程和更長的操作時間。此外，該公司預計其動力系統(tǒng)將降低至少40%的每次飛行操作和維護成本。
米夫塔霍夫認為，將公司的氫燃料電池動力系統(tǒng)安裝到現(xiàn)有飛機上是最實用的解決方案。這使得航空業(yè)能夠更快地實現(xiàn)真正的零排放飛行。
“制造一架全新的飛機和引擎總是會更加復雜，需要更多的時間。通過使用現(xiàn)有的機身，將化石燃料發(fā)動機換成ZeroAvia的動力系統(tǒng)，我們可以更快地制造出第一架實用的、商用的、零排放的飛機，”米夫塔霍夫解釋道。
ZeroAvia:這一切是如何開始的
2017年11月，米夫塔霍夫成立了ZeroAvia，希望為現(xiàn)有商用飛機開發(fā)替代動力系統(tǒng)。
米夫塔霍夫?qū)Ｗ⒂诩夹g的背景為他擔任航空業(yè)務領導角色做好了準備。在成立公司之前，miiftakhov獲得了莫斯科物理技術研究所的物理學碩士學位。接著，他在普林斯頓大學學習，并在那里獲得了物理學博士學位。此外，米夫塔霍夫還兩次獲得俄羅斯全國物理競賽的大獎。
米夫塔霍夫也取得了顯著的專業(yè)成就。在電動汽車行業(yè)工作期間，他創(chuàng)立了eMotorWerks公司。當時，該公司是全球領先的電動汽車電池聚合并網(wǎng)服務平臺。2017年，eMotorWerks的市場成就使其成為一個有吸引力的收購目標。
顯然，Val Miftakhov對航空的熱愛影響了他決定解決一個全行業(yè)的問題。“我一直對航空充滿熱情。這已經(jīng)是我十多年的愛好了，我有駕駛飛機和直升機的執(zhí)照。在建立了智能電網(wǎng)電動汽車充電公司eMotorWerks，并將其出售給國際能源公司Enel之后，我開始著手解決我認為的商業(yè)運輸電氣化的下一個大問題——航空，”他解釋道。
ZeroAvia計劃在2024年將其氫燃料電池動力系統(tǒng)引入商用航空市場。為此，該公司將在20個座位的飛機上進行500英里的飛行演示。該公司計劃在這段時間內(nèi)節(jié)省50%的費用。
到2026年，ZeroAvia計劃在最多80個座位的飛機上飛行500多英里。在未來10年里，該公司計劃徹底顛覆商用航空推進市場，創(chuàng)造超過10萬臺的需求。
ZeroAvia的低碳史
全球環(huán)保人士越來越關注交通行業(yè)對環(huán)境的負面影響。例如，在美國，交通運輸占全國二氧化碳排放量的三分之一。2016年，交通是該國最大的污染源。
航空相關排放已成為全球最大的排放源之一。飛機在高海拔時排出這些排放物，使它們能夠分散在廣闊的區(qū)域。這一因素意味著，空氣中排放的有害影響是地面排放的2至4倍。飛行時間較短的航班是最大的罪魁禍首。與航空相關的排放有一半來自1,000英里以下的飛行。許多航空公司都提供這種短途航班，所以這是一個普遍的問題。
國際清潔運輸委員會(International Council on Clean Transportation)報告稱，2013年至2018年間，商用航空的二氧化碳排放量增長了32%。如果這種驚人的增長速度繼續(xù)下去，到2050年，航空業(yè)將占全球碳預算的25%以上。專家預計，到同年，與航空相關的集體排放量將增加一倍。
為了解決令人不安的排放趨勢，全球監(jiān)管機構(gòu)最近開始要求航空業(yè)大幅減少排放。例如，到2050年，歐盟必須將二氧化碳排放量減少四倍。歐盟還必須在同一時間內(nèi)將氮氧化物(NOX)排放量減少10倍。雖然漸進式變化是向前的進展，但它們將不足以實現(xiàn)必要的戲劇性結(jié)果。
與此同時，聯(lián)合國警告稱，到2030年，人為排放的二氧化碳必須減少到2010年水平的45%。因此，我們只有10年的時間來做出重大改變，否則將面臨災難性的環(huán)境和經(jīng)濟后果。”“考慮到飛機可以服役20到30年，在我看來，我們通常的漸進式改進顯然不會起作用。相反，我們應該在為航空提供動力的方式上立即做出一些根本的改變。如果該行業(yè)忽視這一點，它將面臨監(jiān)管壓力的風險，或文化和社會變革帶來的嚴重增長逆風。”
“航空業(yè)是最難脫碳的行業(yè)之一;然而，通過這次合作，我們離實現(xiàn)我們的天空無排放目標又近了一步。”
邁向零排放的未來
ZeroAvia的創(chuàng)新推進系統(tǒng)源于該公司希望在解決排放危機方面發(fā)揮關鍵作用的愿望。氫電燃料電池動力系統(tǒng)大大減少了有害的碳排放和惱人的噪音。該公司的商業(yè)合作伙伴將實現(xiàn)減少燃料和維護費用。
全球排放危機的影響需要一個全球性的解決方案。為了實現(xiàn)這一目標，亞馬遜和全球樂觀主義在2019年創(chuàng)建了《氣候承諾》。這個大膽的聲明呼吁公司和組織共同努力實現(xiàn)有針對性的改變。
具體來說，這項具有里程碑意義的協(xié)議的目標是到2040年實現(xiàn)碳凈零水平，比《巴黎協(xié)定》的目標提前10年。每個參與的企業(yè)或組織都承諾要達到這一具有挑戰(zhàn)性的里程碑。已經(jīng)有100多個國家簽署了氣候承諾。
堅持不懈是實現(xiàn)氣候承諾凈零碳目標的關鍵。簽署《氣候承諾》的每個公司或組織都同意采取三個主要的減排行動項目:
每個實體將定期測量和報告其運營產(chǎn)生的溫室氣體排放。
每個實體都將執(zhí)行符合《巴黎協(xié)定》的具體脫碳計劃。這些變化包括真正的業(yè)務創(chuàng)新和修訂。提高效率、減少材料、使用可再生能源以及進一步消除碳排放都是必要的。
每個實體都將用真實的、可量化的、永久性的碳補償來補償其剩余的碳排放。這些有益于社會的行動將有助于實現(xiàn)《氣候承諾》的凈零碳排放目標。
氣候承諾的簽署國將成為一個交流寶貴知識和最佳實踐的全球社區(qū)的一部分。每個公司或組織都將收到一份邀請，邀請他們參加重點話題的學習課程。此外，在重大事件之前，得到認可的氣候?qū)＜覍⑾蚝炇鹑私榻B情況。
氣候承諾在全球啟動后，亞馬遜推出了一個配套技術融資工具，初始資金為20億美元。氣候承諾基金支持實現(xiàn)脫碳和可持續(xù)技術及相關服務。
空中客車將制造氫動力飛機
領先的飛機制造商空中客車公司認為，用氫技術為其飛機提供動力是一個日益可行的選擇。為此，空客打算制造自己的氫動力飛機生產(chǎn)線。
該公司的設計工程師目前正在考慮三個概念。除了一個標準的商用飛機設計，它還在評估一個渦輪螺旋槳飛機模型。第三種模型將機翼集成到飛機的機身中。這三種設計都將在改裝的燃氣渦輪發(fā)動機中使用氫。氫燃料電池將提供電力。
到2035年，短程和中程飛機將開始從空客的裝配線下線，更大型的機型也將緊隨其后。150座以上的氫動力飛機可能要到2050年才能廣泛使用。
ZeroAvia的HyFlyer項目:向前邁出的重要一步
ZeroAvia HyFlyer I和II項目包括該公司最初的氫燃料電池測試項目。HyFlyer I的試飛和相關數(shù)據(jù)為HyFlyer II的擴展開發(fā)和測試周期提供了跳板。
ZeroAvia的HyFlyer I項目如何創(chuàng)造歷史
HyFlyer I項目包括在該公司位于英國的六座Piper Malibu飛機上成功完成三次試飛活動。首次HyFlyer I演示飛行于2020年6月22日進行。
2019年，ZeroAvia將這架測試飛機從加州搬到了英格蘭的克蘭菲爾德。此前，英國政府為發(fā)展零排放、可持續(xù)的航空替代品提供了一筆資金。
HyFlyer I的第一次試飛是在地面上進行了幾次“飛行模擬”之后進行的。每個場景都模擬了實現(xiàn)區(qū)域商用飛機運行目標所必需的氫燃料擴展飛行。
HyFlyer I測試飛機包含一個傳統(tǒng)的250kW動力系統(tǒng)，因為HyFlyer I項目專注于燃料系統(tǒng)的功能。事實上，飛機的巡航飛行部分是由純氫推進器驅(qū)動的。這最初的三個運動實現(xiàn)了所有有針對性的技術目標。未來的飛行將在不同配置的測試飛機上進行。每架飛機都將配備氫燃料電池、電動機和氫氣存儲能力。
ZeroAvia的氫燃料電池飛機將需要在戰(zhàn)略位置的機場持續(xù)提供燃料。為此，該公司已下令在英格蘭克蘭菲爾德機場建設氫燃料設施。ZeroAvia計劃250-300英里的起飛地點蘇格蘭奧克尼群島將是第二個氫燃料倉庫。
考慮到ZeroAvia的首次成功試飛，米夫塔霍夫意識到這一成就的重要性。他說:“今天的飛行是一系列里程碑事件中最新的一個，使零排放飛行的可能性更接近現(xiàn)實。”他說:“我們都希望航空業(yè)在疫情后能夠站穩(wěn)腳跟，實現(xiàn)綠色復蘇，走向凈零未來。如果沒有零排放飛行的現(xiàn)實的商業(yè)選擇，這是不可能實現(xiàn)的，我們最早將在2024年將這種選擇推向市場。”
ZeroAvia的HyFlyer II
在HyFlyer I項目成功完成后，ZeroAvia開始實施下一階段的氫燃料電池動力系統(tǒng)開發(fā)計劃。2020年12月，該公司獲得了英國政府ATI項目的1230萬英鎊(1630萬美元)資助。
英國政府的資金將幫助ZeroAvia在2023年之前將一款19座的氫動力飛機推向市場。該公司將與EMEC和Aeristech合作，開發(fā)這架飛機的兩個600kW動力系統(tǒng)。
兩個600千瓦的動力系統(tǒng)單元將為ZeroAvia的19座飛機提供動力，取代飛機傳統(tǒng)的雙引擎。飛機還將配備氫燃料箱。最終，這些儲罐將共同容納100公斤的氣態(tài)壓縮氫。
壓縮氫將為飛機預定在2024年進行的500英里飛行提供燃料。到2030年，該公司計劃交付可容納100名乘客、行程超過1000英里的氫電力動力系統(tǒng)。
ZeroAvia將管理飛機的硬件、軟件和機械集成。該公司還將確保燃料電池的平衡工廠使認證。為確保項目各個階段的準確性，航空、汽車和燃料技術專家正在為公司的工程師和技術人員提供專業(yè)知識。
兩架多尼爾228飛機將為HyFlyer II動力系統(tǒng)開發(fā)工作提供平臺。這款19座的主力飛機之前在美國和英國的地區(qū)市場服役。這說明了該技術對區(qū)域航線的適用性。
從這個角度來看，19座飛機在許多全球和地區(qū)市場上具有雙重用途。每架飛機最多可容納19名乘客，或者公司可以選擇將其重新配置，用作貨運飛機。維京航空公司的DHC-6雙水獺和塞斯納208大篷車都是這類飛機的非常成功的例子。ZeroAvia的氫電力動力系統(tǒng)與該尺寸范圍內(nèi)的所有飛機型號兼容。
