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來源：前瞻網
9月22日，全球知名飛機制造商空客公司公布了一項堪稱可以改變未來航空業(yè)游戲規(guī)則的決定。作為雄心勃勃的“零排放”計劃一部分，他們宣布，將在2035年正式將氫動力客機送上藍天。
在氣候問題已經成為全球政治重要議題的情況下，空客此舉無疑是踩在了大趨勢的關鍵點上?？湛妥约簩⑵湫稳轂椤霸撔袠I(yè)有史以來最重要的轉型”，并將計劃公布稱為“這是一個歷史性時刻”。在言語中，他們對這次轉型抱有強烈的希冀，意圖在未來的航空業(yè)中獲得領導地位。
當然，“打嘴炮”的事誰都會，而空客并不只是嘴上說說而已，他們還拿出了自己的階段性成果——項目“ZEROe”和3張PPT……錯了，應該說是3張概念圖，展示了構想中的3種不同飛機。3架概念機的圖片如下：
渦扇噴氣概念機：可以乘坐120-200名乘客，航程2000海里，能夠跨大陸飛行，燃氣渦輪發(fā)動機提供動力。
渦槳概念機：可搭載100名乘客，使用螺旋槳發(fā)動機，可航行1000海里以上，是短途旅行的完美選擇。
混合翼體”概念機：可容納200名乘客，機翼與飛機的主體合并，其續(xù)航里程約2000海里。
可能很多人看到上面的圖片，第一反應是：咦，怎么除了第3架，其他2架和現(xiàn)在的飛機好像沒什么不同?
再一看介紹，“渦扇”、“渦漿”，這不都是傳統(tǒng)飛機上的發(fā)動機么?說好的新能源、零排放呢?蒙誰呢?另外，波音2008年就試飛過一架氫能源飛機，比空客早十幾年，憑什么由他們來“改變游戲規(guī)則”?
這就是值得說道的地方。
關于“氫能源”或者“氫動力”，我們已經聽得很多了，其中最常見的應該就是當下火熱的“新能源汽車”概念中的重要分支——燃料電池汽車。
同為新能源技術，可能很多人并不知道燃料電池的具體原理，而是把它當做和普通鋰離子電池供電等差不多的技術。但實際上，燃料電池無論是和過去的內燃機，還是和主流純電動汽車的鋰離子電池供電相比，都有不同。
過去的燃油車，是由汽油、柴油等燃料在發(fā)動機內燃燒產生內能，推動發(fā)動機的機械結構運動，帶動與之相連的汽車傳動結構運動;鋰離子電池則是把外部輸入的電能儲存起來，要用的時候驅動電機，電機再帶動汽車傳動結構運動。
燃料電池雖然和鋰離子電池同屬新能源技術，但是其原理更像是內燃機，是一個產能機構而非儲能機構。
它的結構和電池一樣，同樣有正極、負極和電解質，但是它的正負極并不是負責傳輸能量的活性物質，而是催化劑，只負責催化外部輸入的燃料和氧化劑進行反應，產出能量。
氫燃料電池作為燃料電池的一種，主要特點是以氫作為燃料。中學化學課曾講過電解水試驗：在水中插入直流電路的陽極和陰極，然后通電，水就會分解成氧氣和氫氣。氫燃料電池的原理則是反過來：氫氣和氧氣在催化劑的催化下發(fā)生反應，產生電能和水。
所以，氫燃料電池本身其實是一個發(fā)電機，輸出電能帶動電機運動。
當然，它只是原理類似于內燃機，但是其內部反應非常安靜，比內燃機燃料燃燒和機械運動緩和得多。因此造成汽車以后，氫燃料電池汽車同純電動汽車一樣，也是非常安靜的。
“安靜”也是大多數(shù)人對燃料電池和氫動力的理解。
正因如此，很多人可能很難想象，氫動力會和飛機上震耳欲聾的渦扇、渦漿發(fā)動機有什么交集。
實際上，除了通過燃料電池反應發(fā)電以外，氫氣還有一種用法——直接燒。
和汽油、柴油一樣，氫本身就是一種燃料，和氧氣混合后會燃燒發(fā)熱。因此從理論上說，氫完全可以直接替代汽油、柴油，注入內燃機中燃燒產能。之所以現(xiàn)在不這么做，而是采用燃料電池的方法，是因為內燃機有其固有缺陷。
內燃機經過了內能到機械能的轉化，存在一種卡諾循環(huán)限制，其熱效率有極限，目前普遍結論是氫內燃機的效率不太可能超過30%。
而燃料電池是通過電化學反應把燃料化學能中的吉布斯自由能部分轉換成電能，不受卡諾循環(huán)效應的限制。理論上它的發(fā)電效率可達到85-90%，即便考慮到工作時各種極化的限制，目前燃料電池的能量轉化效率依然能達到約40-60%。
不過，在飛機使用的噴氣發(fā)動機上，燒氫氣就不存在這種問題。當然，這個問題并不是消失了，作為一種熱機，飛機發(fā)動機同樣存在卡諾循環(huán)的限制，其熱效率甚至還低于汽車內燃機。
但是作為截然不同的2種機械，飛機要考慮的問題和汽車并不同。
首先，從根本上說，噴氣發(fā)動機和內燃機的驅動原理不同。內燃機通過將燃料燃燒產生的熱能轉化成機械能工作。在汽車上，這個機械能驅動車輪轉動;在采用內燃機(活塞式發(fā)動機)的飛機上，這個機械能驅動螺旋槳轉動，汽車、飛機的動力和內燃機的效率直接相關，因此一般用發(fā)動機功率作為關鍵指標。
而噴氣發(fā)動機的原理是將吸入的空氣經過壓縮和加熱，向后噴出。根據(jù)牛頓第三定律——作用力和反作用力，發(fā)動機噴出的力會帶來推動飛機向前的力。飛機飛得好不好，要看這個推力大不大，所以一般用推力作為噴氣發(fā)動機的關鍵指標。
而在噴氣發(fā)動機推力形成的過程中，燃料燃燒膨脹只是其中一部分，其他諸如壓氣機的壓縮效率、進氣道的進氣效率影響也很大。
因此，其燃料燃燒的熱效率并不是噴氣發(fā)動機首要考慮的。
或許有人會問，那為什么要在飛機上燒氫氣，而不干脆也像汽車一樣使用燃料電池呢?事實上，使用燃料電池的飛機是有的。前面說到，波音2008年試飛的氫燃料飛機，就是一架單座的小型氫燃料電池飛機。不過，氫燃料電池主要也只適合于這種低速小型飛機。
除了燃料電池本身的體積和重量外，影響這種選擇主要還是前面說到的推進原理不同。由于依靠氣流推進，噴氣發(fā)動機的效率和氣流速度息息相關，在低速下，其效率會大幅下降。因此，一些航速在700km/h以下的中小型飛機，往往會選擇以螺旋槳拉力為主要動力的渦槳發(fā)動機甚至是活塞發(fā)動機，它們就是未來燃料電池的替換目標。
但總體上說，噴氣動力才是未來大型高速商用飛機的首選。同理，使用氫燃料的噴氣式飛機，才能稱得上“改變游戲規(guī)則”。
那么，相較于過去的噴氣發(fā)動機燃料，氫有什么優(yōu)勢呢?為什么如今又遲遲得不到大規(guī)模應用?
氫的優(yōu)勢說起來很簡單，就是熱值高和環(huán)保。
氫和氧的燃燒產物只有水，不產生二氧化碳，對于減少碳排放十分有利。而化石能源均為碳氫化合物，在燃燒后會造成大量碳排放。
其次，氫的熱值非常高，達到1.4X10^8焦/千克，比所有化石燃料都高，是傳統(tǒng)航空煤油的3倍。換句話說，要提供同樣的能量，所需的氫只是過去燃料的三分之一，這對于在重量上錙銖必較的飛機來說是非常重要的。僅憑這一點，就值得全行業(yè)奮勇追逐這種能源。
至于說目前為什么沒有大規(guī)模應用，主要也在氫本身的性質上。
氫在常溫下是氣態(tài)，密度非常小，如果要使用氫氣作為燃料，那么恐怕需要數(shù)倍于飛機大小的儲存罐，才能運輸和過去同等重量的燃料，因此現(xiàn)在普遍使用液氫作為燃料。即便如此，液氫的密度依然只有70 kg/m^3，不到煤油密度的十分之一，依然需要一個10倍于過去的儲存空間才能存放。
更大的問題是液氫的存儲。液氫沸點是-252.78℃，從離開保溫設備那一刻起，它就在不停地蒸發(fā)，因此要不斷向火箭內補充。于此同時，灌注燃料的速度還不能太快，以避免儲存罐內液氫揮發(fā)地太多，使罐內壓力過大。
因此，當初同樣采用液氫動力的長征五號發(fā)射時，發(fā)射場的液氫灌注工作一直持續(xù)到發(fā)射前幾分鐘才停止。而在民用機場上，這對地勤人員和設備提出了很高的要求。
此外，氫的分子小，存在小分子滲透現(xiàn)象，一旦逸散到容器外，其易燃性會給飛機帶來巨大危險。因此，氫的儲存需要專業(yè)且昂貴的設備，目前的經濟性還比較差，主要還是用在不計成本的航天領域。
或許正是因為這些問題的存在，空客將他們的目標放到了2035年，其他航空公司的高管則有的認為要2040年才能實現(xiàn)。在對外表態(tài)時，空客CEO也呼喊“政府和工業(yè)合作伙伴的支持”。同時，他們也表露了信心，稱不必擔心氫的安全問題
