“氢”装上阵，助力航空碳中和（科技大观）
今年以来，全球氢能航空范畴的探究活动愈加活泼。在英国，一架19座的氢电动力飞机完结试飞，时长约10分钟；美国一架40座的氢动力飞机完结试飞，时长约15分钟；前不久，我国首款四座氢燃料内燃机飞机验证机也成功首飞。法国《回声报》一篇题为《2023，氢动力飞机元年》的文章以为，全球低碳航空已处于起步阶段。
当时，全球航空业发生的二氧化碳排放量约占全球碳排放总量的2.5%。据相关猜测，未来20年全球旅客年增长率约为3.7%，到本世纪中叶航空业体量将至少翻一番。为了完结2050年净零排放这一职业方针，航空业多条低碳技能道路正一起推进，氢动力飞机就是其中之一。
航空业碳排放首要来自化石动力焚烧，氢能被以为是化石动力的最佳代替。氢燃料不只绿色低碳，还比现在最首要的航空燃料——航空火油具有更高的单位分量能量密度。在供给相同能量的条件下，氢燃料分量仅相当于航空火油的24%。关于“为削减每一克分量而斗争”的飞机而言，这部分减重的重要性显而易见。
不过，氢自身虽轻，但贮存氢绝非易事。
首先是存储体积大。常温标准大气压下，氢分子以密度很小的气态方法存在，平等能量下体积约是航空火油的2750倍。为节约空间，一般选用272倍大气压对氢气进行增压贮存，还能够挑选在大气压下降温至零下253.87摄氏度使氢分子转化为液态。从体系杂乱度而言，紧缩氢气计划施行起来相对简略，但需求支付更高的空间和分量价值。低温贮存的液氢相对密度更大，关于未来的商用航班，液氢的计划愈加实际可行。
其次是安全贮存难。不管采纳哪种储氢方法，对密封性的要求都比传统燃油体系更杂乱。这是因为氢分子远小于航空火油，更简单从管路缝隙中逃逸；关于液氢贮存，还有必要考虑恒温条件的完结问题，不然升温气化后体积胀大的氢有或许导致燃料箱内压强骤增而直接爆破。航天范畴的液氢贮存体系相对比较简略，氢氧发动机火箭都是在起飞前才加注低温液氢，且边加注边向大气中排放氢气，以防止液氢升温气化形成的燃料箱压力超越结构强度极限——火箭起飞前喷出的白雾就是由此发生。相关于数分钟的火箭发射而言，飞机飞翔时刻长达数小时，有必要寻求更为牢靠的贮存方法。
现在，新式复合材料的开展为储氢环节供给了支撑。相关于传统金属材料来说，相同强度的复合材料结构所需支付的分量价值更小。就液氢贮存罐而言，新式复合材料能够极大地削减其分量并添加有用容积。例如，一些国家研发的碳纤维复合材料燃料罐，平等容积下比现有最先进的航天低温罐削减了75%的分量。
当时干流的动力技能道路一般有3种。其一是氢燃料电池，经过化学反响发生电能，驱动电动机发生推力。其二是氢燃料内燃机，相似于传统汽油内燃机，但燃料改为了液氢。因为相同作业容积下发生氧化复原反响的氢气流量较小，使得这两种计划功率密度较小而更适用于小型飞机。关于更大分量的民航客机，未来的挑选应与现有涡扇发动机的推进方法相仿——经过点着更大流量的氢气以驱动涡轮、发生动力，从而使发动机取得更大的功率密度。
跟着制氢工业日趋老练，氢动力飞机也有望完结箭步开展。能够预见，相似乘用车从燃油向电动的技能更新，民用航空器的低碳转型也将推进职业升级换代，促进民航业基础设施改善立异，并对拉动上下游工业开展等发生严重影响。
(作者单位：北京航空航天大学航空科学与工程学院)
《 人民日报 》( 2023年06月06日 15 版)
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