|
到 2050 年实现商业航空净零排放是航空航天业的下一个重大任务。航空业的碳排放量约占世界碳排放量的 2.5%。 
在过去的 30 年里，更节能的飞机使商业航班的排放量减半，我们正在与美国国家航空航天局合作开发和测试一种全尺寸的演示飞机，该飞机可以为未来飞机的设计提供高达 30%的燃油效率。然而，在未来 28 年内实现净零排放还需要重新思考哪些非化石能源应该为飞机提供动力。这个问题当涉及到改变飞机的能量载体、安全性和物理定律时。很难找到与化石燃料具有相同能量密度和体积效率的可再生能源替代品。如今，超过 1600 公里（1000 英里）的飞行占该行业排放量的80%。新型电池将使电动飞机能够开发用于短途旅行，但电池对于长途飞行来说太重了。氢动力长途飞机必须克服许多挑战，才能像今天大多数飞机一样，在一小时内安全地完成飞行、加油并飞往下一个目的地。
将宇宙中最小的分子装载到飞机上是很棘手的。由于其体积小且需要低温条件，氢分子可以通过焊缝的微小孔隙泄漏并被吸收到金属中，因为氢和较低的温度会使金属变脆。机场将需要新的基础设施和培训来安全装载和处理必须在-253°C 下冷却的寒冷燃料。储存氢气带来了同样复杂的挑战。由于氢气需要更多的空间和低温条件，飞机将不得不重新设计。氢气的体积是石化燃料的四倍。氢必须被证明与传统喷气燃料一样安全实用，才能可行。这意味着政府将需要制定一套可供选择的适航要求。关于到 2050 年实现净零排放的数据美国国家航空航天局鼓舞人心的阿尔忒弥斯 1 号任务提醒我们氢飞机的宝贵经验，以及到 2050 年实现净零排放意味着什么。我们与美国国家航空航天局合作开发的太空发射系统火箭使用过冷氢气发射了未折叠的猎户座飞船。这是过去半个世纪以来证明氢动力飞行可能的一长串航天器和试验飞机中的最新一架。1969 年阿波罗 11 号将人类带上月球时，我们与美国国家航空航天局一起使用氢气飞行。
在商用飞机中直接使用氢气需要对飞机及其周围的基础设施进行重大改变。学习如何安全高效地装载、储存、飞行和布局氢动力飞机将是一代工程师面临的挑战。相比之下，短程和远程飞机可以使用可持续航空燃料（SAFSustainable aviation fuel）飞行，SAF 是传统石化燃料的非化石认证变体。主要材料可以是可持续的生物废物来源，如植物油和食用油、工业捕获，甚至电网本身。SAF 可以投入到当今的飞机和基础设施中，在其生命周期内立即减少高达 80%的排放。虽然使用氢气飞行不会排放碳，但其生产通常会排放碳。由于当今大多数氢气都是由化石燃料生产的，通过使用氢气飞行来真正减少排放还需要对能源行业进行大规模转型，以确保有足够的可再生电力生产的所谓绿色氢气用于航空。随着绿色氢的出现，航空业必须与其他行业竞争。即便如此，要及时用氢动力飞机取代世界机队，以实现该行业2050 年的目标，在算术上也是不可能的（arithmetically impossible）。到 2030 年代末，我们估计将有 40000 多架非氢商用喷气式飞机投入使用。每一个都将持续几十年。鉴于到目前为止，世界上一年内生产的飞机最多，约为 1800 架，我们不能一夜之间就改用氢气。这些飞机的排放需要通过 SAF 来缓解。氢动力飞机可能在 2050 年对减缓排放做出微小贡献。尽管今天的研究可能会为本世纪后半叶制定解决方案，但它也必须考虑到2050 年的挑战。为了确保子孙后代能够继续飞行，并享受航空航天业为强大经济所贡献的其他全球利益，航空业必须专注于发展和扩大 SAF。应在复杂氢推进技术的科学和工程方面取得进展，但可能会长期应用。波音公司的创始人比尔·波音曾说过：“让飞行和飞行设备的任何新改进都不能错过（Let no new improvement in flying and flying equipment pass us by.）。”正如阿尔忒弥斯 1 号任务所表明的那样，我们的行业实现了看似遥不可及的目标。世界必须扩大可投入现有飞机的可持续航空燃料的规模，同时探索氢和电等脱碳推进技术，这些技术可以在本世纪下半叶产生影响。------- 完 ------- 注：原文见，《Boeing’s chief sustainability officer: 'We can’t count on hydrogenpowered commercial flights before 2050’》2023.1.26 （杨超凡 2023.4.10）
杨超凡简介：飞机制造高级专家，近年专攻民机复合材料。原航空工业部首批研究员级高级工程师，享受国务院特殊津贴。
|
