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航空業(yè)需要迅速針對(duì)其運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的碳排放采取行動(dòng)。2008年，航空業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人承諾到2050年將二氧化碳排放量減少至2005年水平的一半?，F(xiàn)在有些人甚至在談?wù)摕o(wú)碳飛行。更好的飛機(jī)、機(jī)場(chǎng)和運(yùn)營(yíng)很重要，但絕不足以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。這種巨大變化的基礎(chǔ)必須建立在從化石燃料轉(zhuǎn)向低碳或無(wú)碳能源的基礎(chǔ)上。其技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施必須能夠?yàn)殚L(zhǎng)途飛行的單通道和雙通道客機(jī)提供動(dòng)力，因?yàn)樗鼈儗?duì)航空 CO2 的 90% 以上負(fù)有責(zé)任。這種能量和使用它的飛機(jī)必須在2050年之前被廣泛部署。
作者：Alan H. Epstein
編譯：Fangyuan
而降低航空業(yè)碳排放面臨諸多挑戰(zhàn)。其中包括新能源的來(lái)源及儲(chǔ)存。儲(chǔ)能單元可以是儲(chǔ)存在電池中的電能，也可以是儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中的液體燃料。在過(guò)去十年中，電池動(dòng)力已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，人們普遍認(rèn)為，電池電源現(xiàn)在和今后都無(wú)法為大型客機(jī)提供動(dòng)力。因此液體燃料成為幾乎唯一選項(xiàng)。
可再生替代航空燃料（SAJF）是合成碳?xì)浠衔?，與現(xiàn)有飛機(jī)和燃油分配系統(tǒng)兼容。有幾種可再生替代燃料已經(jīng)經(jīng)過(guò)認(rèn)證，并投入有限應(yīng)用場(chǎng)景中。他們的制造工藝各不相同，原料包括可持續(xù)農(nóng)業(yè)、廢物，甚至電力、水和空氣（電燃料）。CO2 收益和成本方面最有利的流程可能因地理位置而異。
最近，將氫（H2）作為航空燃料來(lái)徹底解決航空也碳排放問(wèn)題的呼聲日益高漲。而作者認(rèn)為這是應(yīng)對(duì)對(duì)航空業(yè)碳排放挑戰(zhàn)一個(gè)不成熟的方案。今天的氫氣的制造幾乎全部來(lái)源于天然氣或煤，被稱為灰氫，因此它一點(diǎn)也不環(huán)保。對(duì)H2的熱情很多都假定它將利用用多余的新能源電力通過(guò)電解水來(lái)產(chǎn)生，也稱為綠氫。然而他們忽視的一點(diǎn)是航空燃料消耗能源的占比，以2019年為例，航空燃料消耗的能源相當(dāng)于全球電力的14%左右，因此制造航空燃料需要的氫氣需要大量的新能源電力。
航空燃料需要液態(tài)氫（LH2）。以目前的技術(shù)，用電力生產(chǎn)和液化氫氣的成本約為投入能源的50%。液氫的制取、運(yùn)輸需要龐大的基礎(chǔ)設(shè)施，并將將耗資數(shù)萬(wàn)億美元。因而這不會(huì)是廉價(jià)的燃料。此外，現(xiàn)有的機(jī)隊(duì)將需要為客機(jī)更換可以將液氫作為燃料的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。這是世界在應(yīng)對(duì)氣候變化方面能夠做出最明智的投資嗎？
此外，液氫在飛機(jī)當(dāng)中的存儲(chǔ)也存在挑戰(zhàn)。由于液氫必須保持在 -240°C （-400°F）的環(huán)境下存儲(chǔ)，熱損管控非常重要，需要高度絕緣的球形或緊湊型圓柱體儲(chǔ)罐。因此存儲(chǔ)液氫需的燃料箱比普通航空燃油的燃料箱大三倍，進(jìn)而顯著增加飛機(jī)體積和阻力。
在過(guò)去的研究中，液氫儲(chǔ)藏罐通常放置在機(jī)身前方、后面、甚至在機(jī)艙上方。從安全角度來(lái)看，攜帶數(shù)千加侖超冷、高度易燃液氫的客機(jī)是不可接受的。如何達(dá)到客機(jī)的設(shè)計(jì)安全要求將是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
相比于以上挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)以液氫作為燃料的航空發(fā)動(dòng)機(jī)更容易實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改造可以將液氫作為燃料。此外，對(duì)單通道、雙通道客機(jī)而言，目前燃料電池的功率、能量密度、及效率都不及現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)指標(biāo)。因此，氫燃料電池在商用客機(jī)上的應(yīng)用并不被產(chǎn)業(yè)同資本看好。然而氫燃料電池可能會(huì)在通用航空的應(yīng)用中占有一席之地，但同時(shí)也將面臨可再生替代燃料及電池的競(jìng)爭(zhēng)。
總體而言，將氫作為航空動(dòng)力的愿景與不遠(yuǎn)將來(lái)的2050年需求并不一致。打造一個(gè)全球的、滿足航空產(chǎn)業(yè)需求的氫氣供應(yīng)鏈需要耗時(shí)幾十年并耗資數(shù)萬(wàn)億美元。在可見的未來(lái)，將投資更多的用于可再生替代航空燃料（SAJF）技術(shù)會(huì)是一個(gè)更好的選擇。至于氫氣在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，讓我們把它留給飛艇吧。
