近期，歐盟氫能與燃料電池聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃（FCH）發(fā)布《氫動(dòng)力航空：到2050年氫技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和氣候影響》報(bào)告，評估了氫能在促進(jìn)航空脫碳方面的潛力，提出了氫動(dòng)力航空的研發(fā)路線圖建議。報(bào)告指出，氫能可在未來經(jīng)濟(jì)低碳的航空動(dòng)力中發(fā)揮核心作用，但需盡快加強(qiáng)研發(fā)和創(chuàng)新以實(shí)現(xiàn)這一潛力。為此，報(bào)告提出了到2050年的研究創(chuàng)新路線圖及各階段研發(fā)重點(diǎn)，以助力歐洲實(shí)現(xiàn)氣候中性航空。主要內(nèi)容如下：



一、氫動(dòng)力航空是實(shí)現(xiàn)歐洲碳中性航空的關(guān)鍵

氫動(dòng)力航空有潛力成為未來航空技術(shù)組合的主要部分，主要體現(xiàn)在：①氫動(dòng)力航空可顯著減少對氣候的影響，使用氫作為燃料可減少航空部門50%-75%的氣候影響，使用燃料電池作為動(dòng)力可減少75%-90%；②氫動(dòng)力飛機(jī)是最適合通勤、區(qū)域、短程和中程的飛機(jī)，其所避免的碳排放所花費(fèi)的成本遠(yuǎn)低于對合成燃料飛機(jī)進(jìn)行碳捕集的成本；③如果將氫動(dòng)力飛機(jī)部署在脫碳成本較高的領(lǐng)域，到2050年氫動(dòng)力飛機(jī)將占所有飛機(jī)的40%，航空業(yè)的氫需求將增至4000萬噸/年。

二、氫動(dòng)力航空研發(fā)路線圖建議

報(bào)告建議應(yīng)分三個(gè)階段進(jìn)行氫動(dòng)力航空技術(shù)研究和創(chuàng)新，包括：

第一階段（2020-2028年）：發(fā)展技術(shù)基礎(chǔ)，使氫動(dòng)力通勤飛機(jī)通過認(rèn)證，試點(diǎn)區(qū)域和短距離氫動(dòng)力飛機(jī)，并為從安全到市場激活機(jī)制等各方面法規(guī)制定路線圖和基礎(chǔ)工作體系。

第二階段（2028-2035年）：重點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)大組件規(guī)模的研發(fā)活動(dòng)，將其應(yīng)用到中程飛機(jī)，并為其投運(yùn)做好準(zhǔn)備，同時(shí)也為氫動(dòng)力航空的第二波發(fā)展做好準(zhǔn)備，包括安全和高效的機(jī)場加氫設(shè)施。

第三階段（2035-2050年）：開發(fā)中遠(yuǎn)程氫能飛機(jī)的概念和首批原型機(jī)，包括新型變革型飛機(jī)設(shè)計(jì)及大規(guī)模燃料供應(yīng)和快速加氫的新技術(shù)。

基于當(dāng)前技術(shù)的可行性分析、關(guān)鍵成本驅(qū)動(dòng)因素、不確定性和應(yīng)用障礙，對氫動(dòng)力航空的研究創(chuàng)新重點(diǎn)關(guān)注四個(gè)領(lǐng)域：氫動(dòng)力推進(jìn)關(guān)鍵組件開發(fā)；氫動(dòng)力飛機(jī)的系統(tǒng)開發(fā)；解決基礎(chǔ)設(shè)施障礙；建立監(jiān)管框架。各階段研究創(chuàng)新重點(diǎn)如下：

1、組件工程：安全可靠的液氫儲存、分配和動(dòng)力推進(jìn)

（1）輕型安全的液氫儲罐。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①將儲氫罐集成到機(jī)身中，測試新型或非圓柱形或球型儲氫罐，以及輕型安全儲氫罐的先進(jìn)材料；②確定液氫儲罐的安全標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證流程及要求，包括對地面處理的特定蒸發(fā)要求；③開發(fā)冷卻設(shè)備的可靠組件，如低溫泵、閥門、管道等，以及狀態(tài)監(jiān)測功能的傳感器。

（2）機(jī)載液氫分配組件和系統(tǒng)。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①輕型安全的液氫燃料組件，例如帶有低溫冷卻器的雙重絕緣燃料管、壓縮機(jī)和熱交換器；②可靠且優(yōu)化的液氫系統(tǒng)布局，具有高度耐用的組件、泄漏和通風(fēng)管理以及優(yōu)化的汽化器。

（3）大功率、長壽命燃料電池系統(tǒng)，包括冷卻概念。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①通過模塊化、更高工作溫度和輕型熱交換器以擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模；②通過優(yōu)化運(yùn)行方式和使用輕質(zhì)材料開發(fā)具有更長壽命（超過25000小時(shí)）的可靠組件；③研究飛行中水處理以最大程度減少氣候影響。

（4）高效、低氮排放的氫渦輪機(jī)。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①開發(fā)針對氫氣燃燒特性設(shè)計(jì)的燃燒室，其具有超低溫壓縮機(jī)并對燃料流入進(jìn)行優(yōu)化；②開發(fā)專有液氫控制系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)燃料流量，并采用稀薄噴射技術(shù)減少NOx排放；③開發(fā)高溫渦輪機(jī)冷卻系統(tǒng)，通過使用冷氫氣流進(jìn)一步提高效率。

2、氫動(dòng)力飛機(jī)系統(tǒng)：高效、可靠的系統(tǒng)架構(gòu)和原型開發(fā)

（1）通勤機(jī)原型。將開發(fā)H2推進(jìn)組件及安全可靠的系統(tǒng)集成，并在實(shí)際飛行條件下進(jìn)行測試，可能采用氣態(tài)氫作為燃料以加快開發(fā)和早期測試速度。

（2）區(qū)域、短程飛機(jī)原型。將使用現(xiàn)有機(jī)型（如Bae 146、ATR 72、空客A320）進(jìn)行飛機(jī)常規(guī)組件的開發(fā)和測試，然后集成至新的優(yōu)化機(jī)身中。完成示范后，將對氫動(dòng)力飛機(jī)進(jìn)行全面評估（包括經(jīng)濟(jì)因素，如效率、部件壽命等），以確保獲得認(rèn)證并減輕新飛機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。還需驗(yàn)證原型飛機(jī)液氫組件應(yīng)用于更大規(guī)模飛機(jī)的可擴(kuò)展性，開發(fā)混合動(dòng)力推進(jìn)機(jī)構(gòu)，并驗(yàn)證效率改進(jìn)及其經(jīng)濟(jì)性。

（3）中程飛機(jī)原型。開發(fā)液氫動(dòng)力飛機(jī)原型，示范高功率氫渦輪機(jī)以及將超大型液氫罐集成于客艙前后部分的可行性。

（4）下一代變革型飛機(jī)。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①變革型飛機(jī)設(shè)計(jì)，針對特定性能要求、氫動(dòng)力推進(jìn)的約束條件和加壓客艙的集成進(jìn)行量身定制和優(yōu)化；②原型和飛行測試，以驗(yàn)證模擬的空氣動(dòng)力學(xué)和推進(jìn)效率的改進(jìn)以及飛機(jī)的可控性；③為變革型新概念的大規(guī)模生產(chǎn)做好供應(yīng)鏈準(zhǔn)備。

3、加氫基礎(chǔ)設(shè)施：加氫系統(tǒng)、安全和液化

（1）高效加氫系統(tǒng)。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①加氫管路設(shè)計(jì)，允許最大流量同時(shí)具備較低重量和最佳可操作性（尤其是當(dāng)流量超過1000升/分鐘）；②新型更高效的管路連接系統(tǒng)，可確保與非常規(guī)儲氫罐兼容，并通過自動(dòng)閉合的快速接頭確?？煽?、安全的連接；③使用自主式、機(jī)械驅(qū)動(dòng)的軟管和/或外骨骼進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)，以用于未來流量遠(yuǎn)高于1000升/分鐘的管路；④優(yōu)化飛機(jī)加氫設(shè)置和處理標(biāo)準(zhǔn)，尤其應(yīng)考慮使用額外軟管可能會加長加注時(shí)間。

（2）安全措施和并行操作。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①檢查潛在的安全問題，包括加注期間的泄漏等；②泄漏管理及應(yīng)對措施，可在往返期間并行運(yùn)行；③安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，包括新的法規(guī)框架，以確保液氫的安全處理和加注；④液氫加注設(shè)備周圍的無火區(qū)和安全緩沖區(qū)，以評估是否可以在往返期間并行運(yùn)行。

（3）機(jī)場和飛機(jī)加氫設(shè)施。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①優(yōu)化加氫車概念，包括優(yōu)化管路連接系統(tǒng)、開發(fā)新的安全標(biāo)準(zhǔn)等；②模塊化設(shè)置，包括地面運(yùn)營和基礎(chǔ)設(shè)施的最佳組織，以實(shí)現(xiàn)加氫系統(tǒng)的并行運(yùn)行。

（4）大規(guī)模液化及液氫處理。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①通過改進(jìn)設(shè)計(jì)、大規(guī)模制造和優(yōu)化采購，提高液化效率冰降低資本支出；②通過建立氣氫管網(wǎng)或改造舊天然氣管網(wǎng)，以及開發(fā)現(xiàn)場液化設(shè)施，優(yōu)化液氫供應(yīng)；③評估及擴(kuò)展最優(yōu)的運(yùn)氫解決方案（包括液氫、氨、液體有機(jī)氫載體<LOHC>），以優(yōu)化氫的運(yùn)輸。

（5）液氫栓式加注基礎(chǔ)設(shè)施。重點(diǎn)關(guān)注如下研發(fā)：①從運(yùn)營和成本角度，對液氫栓式加注設(shè)施進(jìn)行性能評估，確定其相比液氫加注車的優(yōu)勢；②低溫冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成，確保對現(xiàn)有運(yùn)行的影響最小。

4、監(jiān)管框架：氣候影響研究和市場激勵(lì)機(jī)制

（1）氣候影響監(jiān)測。探究氫動(dòng)力推進(jìn)方式及其燃料對氣候的影響。①通過開發(fā)新模型、進(jìn)行模擬和飛行試驗(yàn)以評估合成燃料及氫燃料對氣候的影響，如驗(yàn)證合成燃料及氫燃料在渦輪機(jī)中燃燒的NOx排放變化，并與常規(guī)渦輪機(jī)進(jìn)行比較；②開發(fā)燃料電池模型以模擬評估其對凝結(jié)尾跡和卷云形成的影響；③針對不同尺寸和飛行高度的飛機(jī)評估上述影響；④研究氣候影響相關(guān)的其他主題，如燃料及相關(guān)技術(shù)的上游排放的生命周期分析，以及緩解氣候影響的措施（如改變飛行路線和高度以減少凝結(jié)尾跡）。

（2）部署路線圖和市場激勵(lì)機(jī)制。開發(fā)氫動(dòng)力航空路線圖，明確短、中、長期目標(biāo)，以促進(jìn)對創(chuàng)新和部署的投資，為此應(yīng)進(jìn)行：①技術(shù)評估和比較，包括安全和認(rèn)證要求，基礎(chǔ)架構(gòu)和部署方案的規(guī)劃，以及對合適的支持機(jī)制和市場激活政策的研究；②對路線圖進(jìn)行定期更新和調(diào)整以確保部署；③隨著技術(shù)成熟，需要從長期政策轉(zhuǎn)向中期政策，如提供研發(fā)資助、氣候友好型飛機(jī)補(bǔ)貼、通過政府和社會資本合作（PPP）支持基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)和部署等；④制定公平、長期的監(jiān)管框架。