氢动力飞行将为无化石燃料旅行提供新的机遇

液氢所需的油箱容积比现在的航空煤油大，但同时重量更轻，每公斤燃料所含的能量也更多。资料来源：克兰菲尔德大学

"如果一切顺利，氢气飞行的商业化现在就可以快速实现。"查尔姆斯理工大学教授、查尔姆斯理工大学 TechForH2* 能力中心主任 Tomas Grönstedt 说："早在 2028 年，瑞典的第一架商业氢气航班就可以起飞了。"

在查尔姆斯风洞中，研究人员在尖端设备中测试气流条件，可以看到这些技术进步。在这里，正在开发更节能的发动机，为重型车辆安全高效的氢气飞行铺平道路。

根据新概念开发的带废气预热器的热交换器。资料来源：吉凯恩宇航公司

中短程氢动力航班最接近实现。查尔姆斯公司（Chalmers）最近发表的一份研究报告显示，到2045年，氢动力航班有可能满足97%的北欧国内航线和58%的北欧客运量的需求。

在这项研究中，研究人员假定最大飞行距离为 750 英里，并使用一种为氢动力改装的现有飞机模型。这项研究由格伦斯泰特研究小组的博士生克里斯蒂安-斯文森（Christian Svensson）领导，还展示了一种新型燃料箱，这种燃料箱可以容纳足够的燃料，隔热性能足以容纳超低温液态氢，同时比现在的化石燃料箱系统更轻。

瑞典查尔姆斯理工大学教授兼 TechForH2 能力中心主任 Tomas Grönstedt。图片来源：查尔默斯理工大学 | Mia Halleröd Palmgren

氢和氢飞行：

• 氢气（H2）是一种看不见、闻不到的挥发性气体，在摄氏零下 250 度（开尔文 20 度）时液化。

• 如果氢气是利用可再生能源生产的，就不会排放二氧化碳。这就是所谓的"绿色氢气"。

• 氢气飞行可以使用燃料电池（通过催化作用将氢气转化为电能）或喷气发动机（氢气在燃气涡轮机中燃烧）提供动力。

• 氢气每公斤所含的能量比现在的煤油高，而且燃烧后的残余产物主要是水蒸气。

• 这种气体与空气混合后极易燃烧，因此必须使用高效传感器。

• 在工业领域，氢气目前被用于生产无化石钢铁等产品。

创新热交换器开发

热交换器是氢气航空的重要组成部分，也是当前技术进步的关键部分。为了保持燃料系统的轻量化，氢气需要以液态形式存在。这意味着氢气在飞机内保持超低温，通常在零下 250 摄氏度左右。通过从喷气发动机的高温排气中回收热量，并在战略位置冷却发动机，可以提高效率。为了在过冷氢气和发动机之间传递热量，需要使用新型热交换器。

为了应对这一挑战，查尔姆斯公司的研究人员几年来一直致力于开发一种全新的热交换器。该技术利用氢气的低储存温度冷却发动机部件，然后利用废气中的余热在燃料注入燃烧室之前预热几百度。

Carlos Xisto，查尔姆斯理工大学机械与海洋科学系流体力学部副教授。资料来源：Sören Håkanlind

"燃料温度每升高一度，都会降低能耗，增加航程。我们能够证明，配备了新型热交换器的中短途飞机可将燃料消耗降低近 8%。考虑到飞机发动机是一项成熟而完善的技术，这对于一个部件来说是一个非常好的结果，"该研究的作者之一、查尔默斯大学流体力学系副教授卡洛斯-西斯托（Carlos Xisto）说。

研究人员还指出，经过进一步优化，这种热交换器技术在普通空客 A320 商用飞机上的应用可将航程提高 10%，或相当于哥德堡-柏林航线（约 450 英里）的航程。

瑞典查尔姆斯理工大学教授兼 TechForH2 能力中心主任 Tomas Grönstedt。资料来源：查尔默斯理工大学 | Anna-Lena Lundqvist

合作努力与行业前景

在政府、大学和私营公司的共同努力下，为未来氢航空开发解决方案的工作正在广泛开展。在瑞典，创新集群瑞典氢能发展中心（SHDC）汇集了包括行业领导者和学术界专家在内的主要参与者。在最近的一次瑞典氢能发展中心研讨会上，来自查尔姆斯大学的研究人员介绍了他们的工作，几家商业公司也证实了未来几年在氢能飞行方面的重大投资。虽然该技术已经非常先进，但面临的挑战在于所需的巨额投资，以及发展基础设施、商业模式和合作伙伴关系，以便能够生产、运输和储存氢气，从而实现向氢飞行的过渡。整个过渡过程预计每年需要约 1 亿吨绿色氢气。

"业界预计，到 2050 年，全球 30% 至 40% 的航空燃料将由氢气提供。在未来若干年内，我们可能需要混合使用电力、对环境危害较小的电子喷气燃料和氢气的飞机。但是，每一架使用可再生能源氢燃料的飞机都能减少二氧化碳的排放，"格伦斯泰特说。

TechForH2 拥有迎接氢能挑战的良好条件，该能力中心的预算为 1.62 亿瑞典克朗（相当于 1550 万美元），可以为氢能与重型运输之间的多个不同研究领域的发展做出贡献。

编译自/ScitechDaily