文｜IASC
2023年3月，環(huán)球氫能 (Universal Hydrogen) 公司的Dash-8客機(jī)在華盛頓州首飛成功。Dash-8是一款支線客機(jī)，能搭載乘客50名，配備了有史以來最大的航空氫燃料電池。
盡管試飛僅持續(xù)了15分鐘，但這標(biāo)志著氫能作為客機(jī)動(dòng)力燃料的可行性。
改裝后的Dash-8機(jī)艙內(nèi)部由幾個(gè)部分組成——兩排測(cè)試電子和傳感器組件，以及兩個(gè)容量30公斤的大型燃料氫氣罐；新的動(dòng)力系統(tǒng)包括位于飛機(jī)右翼下方的magniX電動(dòng)機(jī)，由Plug Power公司生產(chǎn)的新型氫燃料電池驅(qū)動(dòng)。
整個(gè)飛行過程中，氫能燃料電池能產(chǎn)生高達(dá)800千瓦的功率，且只排放水蒸氣。因此，氫能也被認(rèn)為是真正的零排放動(dòng)力裝置，代表著航空業(yè)的綠色未來。
然而，試飛取得成功，也并不意味著零碳航空指日可待。
如下圖所示，Dash-8的左翼下方配備了普惠公司 (Pratt and Whitney) 的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力可達(dá)氫燃料電池的兩倍。這種冗余配置旨在幫助Dash-8拿到美國(guó)聯(lián)邦航空局 (FAA) 特批的實(shí)驗(yàn)性適航證書。
試飛員Michael Bockler告訴TechCrunch，在試飛的某段時(shí)間內(nèi)，飛機(jī)幾乎完全依靠氫燃料電池提供的動(dòng)力飛行。
圖片來源：Universal Hydrogen
氫能源飛機(jī)亟待解決的兩大問題
散熱是氫燃料電池飛機(jī)的問題之一。雖然噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度更高，但大部分熱量可以通過排氣系統(tǒng)排出。燃料電池使用電化學(xué)反應(yīng)而不是簡(jiǎn)單燃燒氫氣，故必須通過熱交換器和通風(fēng)系統(tǒng)處理廢熱。
另一家開發(fā)航空氫燃料電池的初創(chuàng)公司ZeroAvia就被這個(gè)問題難倒了。ZeroAvia曾嘗試在空中關(guān)閉燃料電池使其冷卻，結(jié)果導(dǎo)致了2021年第一架原型機(jī)的墜毀。
Universal Hydrogen的首席技術(shù)官M(fèi)ark Cousin告訴TechCrunch，Dash-8配備了更大型的空氣散熱系統(tǒng)，使其燃料電池可以持續(xù)運(yùn)行一整天而不會(huì)過熱。
如何儲(chǔ)存飛行所需的氫氣，則是氫燃料電池飛機(jī)的另一個(gè)問題。即使在最大化壓縮冷卻的情況下，液態(tài)氫所含的能量也僅為同等體積化石燃料的四分之一左右。機(jī)翼油箱的儲(chǔ)存空間顯然不夠，因此燃料必須儲(chǔ)存在機(jī)身內(nèi)。
Dash-8試飛的15分鐘消耗了大約16公斤氣態(tài)氫，相當(dāng)于乘客艙內(nèi)兩個(gè)摩托車油箱大小的氫氣罐的一半容量。為了增加燃料攜帶量，Universal Hydrogen計(jì)劃在年內(nèi)將其測(cè)試飛機(jī)改裝為使用液態(tài)氫飛行。
Universal Hydrogen的多元商業(yè)模式
Universal Hydrogen創(chuàng)立于2020年，總部位于加利福尼亞州霍桑市，距離 SpaceX 不遠(yuǎn)，并在法國(guó)圖盧茲設(shè)有工程中心。該公司在2021年由Playground Global領(lǐng)投的A輪融資中募得2050萬美元。
迄今為止，Universal Hydrogen已經(jīng)籌集了接近1億美元的資金，出資方包括空中客車、通用電氣、美國(guó)航空公司、捷藍(lán)航空和豐田。
Universal Hydrogen期望從2025年開始為全球的支線飛機(jī)提供燃料電池改裝系統(tǒng)和方案。該公司已經(jīng)從包括新西蘭航空公司在內(nèi)的16家客戶那里獲得了近250架價(jià)值超過10億美元的改裝訂單。
Connect航空公司的首席執(zhí)行官約翰·托馬斯 (John Thomas) 表示，他們計(jì)劃成為第一家使用Universal Hydrogen技術(shù)的美國(guó)航空公司。他說：“這種伙伴關(guān)系是全球航空業(yè)實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)營(yíng)的最快途徑?！?/p>
Universal Hydrogen的盈利模式不僅是銷售飛機(jī)。打個(gè)比方說，他們不僅出售剃須刀，還出售刀片。
公司創(chuàng)始人Paul Eremenko建立Universal Hydrogen的初衷是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的氫氣模塊，這些模塊可以由標(biāo)準(zhǔn)的半掛卡車牽引，并簡(jiǎn)單地插入飛機(jī)或其他車輛中以供立即使用。目前，該技術(shù)可以讓氫氣保持液態(tài)長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)。
他用Nespresso咖啡機(jī)來比喻這些模塊的便利性。如此先進(jìn)的技術(shù)自然也擁有巨大的潛在市場(chǎng)，Universal Hydrogen表示，公司在未來十年內(nèi)已有超過20億美元的燃料服務(wù)訂單。
公司計(jì)劃2023年底在新墨西哥州建造一個(gè)630,000平方英尺的氫氣模塊工廠。這個(gè)項(xiàng)目投資總額近4億美元，并有望獲得美國(guó)能源部2億多美元的貸款。
然而，這個(gè)商業(yè)模式受到了一些質(zhì)疑。Hydrogen Science Coalition的航空科學(xué)家Bernard van Dijk贊賞Universal Hydrogen模塊的簡(jiǎn)單性，但他指出，即使是美國(guó)航天局 (NASA) 也難以控制氫氣泄漏。“飛機(jī)上仍需裝配氫氣罐，但怎么可能完全安全？如果它泄漏了且有人點(diǎn)了火柴，災(zāi)難不可避免?！彼J(rèn)為他們低估了新氫動(dòng)力系統(tǒng)認(rèn)證過程的重要性。
即使克服了這些障礙，綠色氫的產(chǎn)能提升也是一個(gè)問題，這將極大地影響氫能源的價(jià)格。Van Dijk說，“要想讓所有歐洲航班都使用氫氣，你需要投入89,000 個(gè)大型風(fēng)力渦輪機(jī)去生產(chǎn)，它們覆蓋的面積相當(dāng)于兩個(gè)荷蘭?！?/p>
但Paul Eremenko仍然相信，借助拜登《降低通脹法案》中每公斤3美元的綠色氫補(bǔ)貼，Universal Hydrogen將迎來綠色氫的產(chǎn)能大幅提升和成本下降。
氫能客機(jī)的起飛離不開金融資本和科技創(chuàng)新，也離不開整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的改造和提升。