氢燃料可能会改变飞机的工作方式和外观

上个月，空客宣布计划对一架 A380 客机进行大修，在飞机外部增加一台氢燃料发动机并安装监控设备。通过这些改造，该公司将能够在真实条件下测试氢动力飞行。

此举是航空业到 2050 年实现净零碳排放的更广泛目标的一部分。航空客运对气候变化的影响日益显著，2021 年约占全球碳排放量的 3%。虽然减少飞行次数和投资更高效的飞机有助于减少排放，但要实现净零排放，可能需要新技术。

其他解决方案，例如电池供电的空中出租车和可持续航空燃料，可能有助于减少排放，但氢气可能是实现净零排放的主要途径之一，因为它可以在行业中广泛使用，从短途区域飞行到大型飞机的长途飞行。

空客美洲公司研究与技术副总裁阿曼达·辛普森表示，空客的测试飞机实际上是首架 A380，序列号为 1。这架飞机最初用于认证原版 A380 和 A350 的发动机。现在，空客计划对其进行改造，在其顶部增加一个发动机，使用氢气代替传统航空燃料。

A380 是现役最大的客机，有足够的空间安装监控设备，以及储存飞机携带的 400 公斤（880 磅）液态氢作为燃料。（空客于 2019 年宣布将停止生产 A380，因为业界正转向燃油效率更高的双引擎客机。）

辛普森说，这台发动机位于飞机顶部和后部，就在机尾前方，这一位置意义重大。由于它与机翼上燃烧传统航空燃料的四台发动机分开，因此空中客车公司可以在 A380 后面再搭载一架飞机，并只对氢燃料的排放进行采样。

辛普森说，了解氢气在真实空气条件下燃烧产生的排放是这项测试计划的主要目标之一。虽然燃烧液态氢不会产生最丰富的温室气体二氧化碳，但研究人员仍然渴望了解更多关于氢动力飞行的排放情况。氢发动机仍会产生一些常见的污染物一氧化二氮，以及在大气中充当温室气体的水蒸气。

测试发动机还将使空客公司更多地了解如何在飞行中最好地运行氢燃料。研究人员可以改变发动机的运行条件，如燃烧的燃料与空气的比率以及发动机的运行温度，以更多地了解如何最有效地为氢动力飞机提供动力。

辛普森表示，最终，这些测试是空客在 2035 年前投入使用零排放飞机的总体计划的一部分。为了赶上这个最后期限，主要的设计决策必须在 2026 年左右做出，同年这架测试飞机预计将升空。

辛普森解释说，尽管氢燃烧是这种飞机的主要可能性之一，但空客仍有可能选择其他技术。例如，不燃烧氢气，而是将氢气与氧气结合，在氢燃料电池中发电。丰田和戴姆勒等汽车制造商一直在致力于开发汽车燃料电池，辛普森表示，空客正在考虑这项技术，或者是一种燃料电池和内燃机的混合系统。

这些发动机可能安装在什么飞机上，目前还在研究之中。去年，空客公布了三种不同的氢动力飞机设计方案：螺旋桨飞机、小型支线喷气式飞机和一架与当今大多数商用飞机外形不同的概念飞机。它采用了翼身融合技术。

国际清洁交通委员会分析​​师 Jayant Mukhopadhaya 表示，这一系列设计反映了氢动力飞机的未来，也反映了氢动力飞机面临的主要挑战之一：燃料储存。

氢气的密度远低于传统航空燃料，即使在高压下压缩也是如此。比较产生相同功率所需的航空燃料和氢气的数量，氢气占用的空间至少是传统航空燃料的四倍。

存储协议也不同。如今，大多数飞机的燃油都存放在机翼内。然而，氢气需要在高压和低温下储存，因此它往往被存放在更大的圆柱形储罐中。这些储罐无法装入传统飞机设计的机翼内，而是需要存放在机身内。为飞机提供燃料所需的氢气量会严重限制剩余空间，使乘客容量减少三分之一或更多。

飞机可能需要完全重新设计，以便更好地容纳氢气。空中客车去年推出的概念飞机之一，即翼身融合设计，就是一个可以更好地利用空间储存燃料的配置的例子。辛普森说，这种机型可能还具有其他优于传统飞机设计的优势，比如将空气动力学效率提高 10% 或更多。

Mukhopadhaya 表示，对于首批氢动力飞机来说，尝试全新造型的速度可能不够快，因此公司可能不得不改进现有设计，以携带大量氢燃料。但最终，氢燃烧可能会重新配置我们所认为的飞机。

虽然这些新飞机可能会彻底改变整个行业，但即使只是空客发布的两种较为熟悉的设计，也可能对航空业产生重大影响——根据 Mukhopadhaya 共同撰写的 ICCT 分析，小型支线喷气式飞机和螺旋桨飞机加起来将能够服务当今所有飞行里程的三分之一左右。

氢燃料飞机的实施仍面临重大挑战，包括燃料基础设施有限、成本较高以及对氢气供应可持续性的担忧。由于机上燃料空间有限，大型飞机的长途飞行可能需要更长时间才能转换为氢气。

但在实际飞行条件下测试氢动力发动机可能是使该技术合法化的重要一步，并可能使航空业更接近实现净零排放。目前，我们必须等到 2026 年才能从空客的 A380 飞行测试中了解更多信息。