美國宇航局（NASA）與伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（UIUC）簽署協(xié)議，繼續(xù)推進零排放概念客機的開發(fā)工作，其概念機使用液氫作為燃料和冷卻劑，以實現(xiàn)超導性能，提高效率并減輕重量。

該協(xié)議將NASA在大學領導力倡議（ULI）下的高效電氣技術飛機中心（CHEETA）項目延長了兩年（開始第二階段）。據(jù)悉，CHEETA項目第一階段于2019年啟動，原計劃今年6月完成，CHEETA也是第一個進入第二階段的ULI項目。

CHEETA項目開發(fā)了一種180座單通道概念客機，計劃于2050年投入使用。該機采用零排放推進系統(tǒng)，包括液氫（LH2）燃料電池、超導電纜、電子設備和電動機，液氫儲罐配置于機艙上方。

項目團隊開發(fā)了一種集中式和分布式混合電力架構，峰值功率25mW，其氫燃料電池采用高溫質(zhì)子交換膜，產(chǎn)生的電力通過超導電纜以270V直流電的形式傳輸，經(jīng)液氫冷卻到20K后輸送給一排單個功率2.5兆瓦的超導電動機，為風扇提供動力。

該機翼展40.9米（134.2英尺），較波音737-800客機長15%，長出的部分可折疊以適應機場布局；采用準圓柱形機身，液氫儲罐安裝在增壓座艙外；使用液氫冷卻電子設備，冷卻效率超過99%；超導電纜的重量是鋁導體的1/30，產(chǎn)生的熱量是鋁導體的1/100；低溫冷卻電機的系統(tǒng)功率密度50kW/kg，是目前飛機電機裝置的10倍。

CHEETA項目第二階段將開展300kW低溫冷卻電機、300kW零損耗超導電纜、300升液氫儲罐等子部件測試。其中，液氫儲罐的重量指數(shù)計劃達到0.6，意味著該系統(tǒng)中60%的質(zhì)量是液氫（現(xiàn)有液氫儲罐小于30%）。

由于該機采用非常規(guī)配置，為了能夠有效集成液氫儲罐、機身和風扇等眾多子系統(tǒng)，CHEETA團隊計劃先使用氣態(tài)氫燃料開展縮小比例模型的飛行試驗。

為何航空業(yè)碳減排發(fā)展可選氫動力飛機？

全球范圍內(nèi)，氫動力飛機正越來越受到關注。

今年3月8日，美國通用氫能源公司（Universal Hydrogen）的氫燃料電池驗證機成功在美國華盛頓州莫斯湖完成首飛。這次試飛持續(xù)了15分鐘，飛行高度達到3500英尺。據(jù)悉，這次的測試平臺基于Dash8-300改裝而來，這也是目前世界上最大的氫燃料電池飛機。

當前，氣候變化讓航空運輸在未來幾十年內(nèi)面臨著生存危機。

總部位于華盛頓的非營利研究機構世界資源研究所(World Resources Institute)的數(shù)據(jù)顯示，航空業(yè)的二氧化碳排放量僅為汽車和卡車的六分之一。然而，飛機的日均乘客數(shù)卻遠低于汽車和卡車。

四大航空公司（美國航空公司、聯(lián)合航空公司、達美航空公司和西南航空公司）航空燃料使用量在2014年至2019年間增長了15%。然而，盡管更高效、低碳的飛機已經(jīng)投產(chǎn)，2019年后乘客量均呈下降趨勢。

航空公司致力于在本世紀中葉實現(xiàn)碳中和，某些航空公司還投資了可持續(xù)燃料，從而讓航空業(yè)在氣候變化中發(fā)揮積極作用。

可持續(xù)燃料（SAF）是由食用油、動物脂肪、城市垃圾或其他原料制成的生物燃料。該燃料能夠與傳統(tǒng)燃料混合，為噴氣發(fā)動機提供動力，且該燃料已在試飛階段甚至是定期客運航班上投入使用。然而，可持續(xù)燃料成本高昂，約為傳統(tǒng)航空燃料的三倍。隨著越來越多的航空公司購買和使用可持續(xù)燃料，價格將進一步上漲。支持者們正在積極推動減稅等激勵措施，從而促進生產(chǎn)。

相關人士認為，可持續(xù)燃料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排的過渡性燃料，直到電動或氫動力飛機等更重大的突破實現(xiàn)。事實上，或許這些技術在二三十年內(nèi)都無法廣泛應用于航空飛機。

有公司正嘗試設計并制造電動飛機，但大多都是如直升機般垂直起降的小型飛機，只能容納少數(shù)乘客。若要生產(chǎn)出能夠搭載200名乘客的大型電動飛機（相當于中型標準航班），需要更大的電池，保證更長的飛行時間。按此標準，電池重量需要達到航空燃料的約40倍，才能保證充足電量。但若不改革電池技術，電動飛機將無法實現(xiàn)。

氫能源是實現(xiàn)低碳排放的有效工具，在全球能源轉(zhuǎn)型中扮演了不可替代的重要角色。相比其他可再生能源，氫能的顯著優(yōu)勢在于可以大規(guī)?？缂竟?jié)存儲。其中，綠氫是諸多行業(yè)深度脫碳的唯一手段，包括以石化、鋼鐵、化工為代表的工業(yè)領域以及以航空為代表的交通行業(yè)等。據(jù)國際氫能委員會預測，到2050年氫能源市場規(guī)?？蛇_2.5萬億美元。

與傳統(tǒng)燃料飛機相比，氫動力飛機主要有兩方面的優(yōu)勢：一方面，氫具有良好的燃燒性能，其單位質(zhì)量能量是傳統(tǒng)噴氣燃料的3倍，能源利用可以更高效；另一方面，氫能在減排上有明顯優(yōu)勢，能大大較少污染氣體排放，最終實現(xiàn)綠色飛行。

“氫本身是一種非常輕的燃料”，環(huán)保組織國際清潔運輸委員會(International Council on Clean Transportation)汽車飛機脫碳研究學者丹·盧瑟福(Dan Rutherford)向美聯(lián)社表示?！暗珒Υ鏆湫枰篌w積容器，油箱本身就很重?！?/p>

事實上，在航空領域應用氫能更多是要面對“怎么做”的問題，當前氫動力飛機商業(yè)化應用還面臨諸多挑戰(zhàn)：

經(jīng)濟挑戰(zhàn)。經(jīng)濟性有待提高。綠氫高昂的生產(chǎn)成本，讓其在飛行上高出傳統(tǒng)石化燃料的使用成本很多，難以形成大規(guī)模商業(yè)化應用；

技術挑戰(zhàn)。配套設施不足。氫動力飛機需要新的地面設施，氫氣的儲存、運輸、加注等各環(huán)節(jié)都需要開發(fā)與建設；

制度標準挑戰(zhàn)。氫動力飛機商業(yè)化市場環(huán)境還需完善，在氫能市場運行與監(jiān)管制度上，各國沒有統(tǒng)一的標準，這樣的情況下，氫能航空發(fā)展也會被拖慢。

全球來看，氫動力飛機離商業(yè)化運營也還有很長一段距離，目前國內(nèi)外航空企業(yè)對氫能“綠色飛行”的探索都還處在開發(fā)驗證的示范階段。業(yè)內(nèi)認為，預計到2035年左右，各種氫動力飛機才能迎來快速發(fā)展階段。

雖然“綠色飛行”還為時尚早，但是氫能航空的發(fā)展藍圖已然畫下，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，氫動力飛機的發(fā)展步伐也將越來越快。