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如果你問，氫燃料電池能在飛機上使用嗎?你將得到1840萬份搜索結果，其中包括對環保航空初創企業ZeroAvia的大量討論。事實上，這家成立4年的公司對這個緊迫的問題給出了響亮的肯定回答。這是因為該公司在英國科茨沃爾德機場(Cotswold Airport)的研發中心已經成功進行了數十次氫電力動力測試飛行。
到2024年，ZeroAvia表示，它計劃將自己的技術應用于商業航空部門，以爭取實現零排放的未來。今年10月，通過與愛爾蘭ASL航空公司的貨運業務合作，該公司實現了這一目標的一個重要里程碑。作為合作的結果，零航空將為航空公司的ATR72飛機生產氫電力發動機。
ZeroAvia的動力系統:開發物流
ZeroAvia和ASL將共同開發ZA2000的動力系統。這種2-5兆瓦(MW)的替代發動機通常為配備40到90個乘客座位的飛機提供動力。每架ASL ATR72貨運飛機將結合一個氫燃料電池和一個電動馬達動力系統。
為了可靠地為ATR72貨運卡車補充燃料，ZeroAvia將進一步擴大現有的氫機場加油生態系統(HARE)。該公司與歐洲海洋能源中心(EMEC)合作開發了這一創新系統。
未來燃料電池背后的科學
ZeroAvia的氫燃料電池動力系統整合了多個合作伙伴的頂級組件，包括航空認證的氫燃料電池、逆變器和發動機。動力系統包括該公司的專有軟件和硬件，集成了組件，并促進了成功的操作。集成機制與飛機的航空電子設備和其他系統接口。完整的動力系統冗余能夠增強可靠性和安全性。
在典型的氫燃料電池中，氫會引發化學反應并產生電能。氫燃料電池能在低溫下將氫轉化為電能。相比之下，燃燒氫氣產生的能量溫度要高得多。燃料電池的電力驅動發動機，為飛機提供動力。總的來說，這些活動包括一個模塊化的氫燃料電池動力系統。
ZeroAvia的創始人兼首席執行官Val miiftakhov表示，該公司的氫電力動力系統比市場上最好的電池要好得多。
“我們選擇使用氫電力動力系統，因為我們相信這是唯一可行的解決方案，可以帶來航空領域的電力革命。它的能量密度是目前最好的鋰離子電池的四倍。此外，在僅使用電池的飛機設計中，由于充放電事件，電池的壽命周期有限。這大大增加了這些飛機的總擁有成本。”
相比之下，ZeroAvia設計的氫燃料電池動力系統可以提供更多的飛行里程和更長的操作時間。此外，該公司預計其動力系統將降低至少40%的每次飛行操作和維護成本。
米夫塔霍夫認為，將公司的氫燃料電池動力系統安裝到現有飛機上是最實用的解決方案。這使得航空業能夠更快地實現真正的零排放飛行。
“制造一架全新的飛機和引擎總是會更加復雜，需要更多的時間。通過使用現有的機身，將化石燃料發動機換成ZeroAvia的動力系統，我們可以更快地制造出第一架實用的、商用的、零排放的飛機，”米夫塔霍夫解釋道。
ZeroAvia:這一切是如何開始的
2017年11月，米夫塔霍夫成立了ZeroAvia，希望為現有商用飛機開發替代動力系統。
米夫塔霍夫專注于技術的背景為他擔任航空業務領導角色做好了準備。在成立公司之前，miiftakhov獲得了莫斯科物理技術研究所的物理學碩士學位。接著，他在普林斯頓大學學習，并在那里獲得了物理學博士學位。此外，米夫塔霍夫還兩次獲得俄羅斯全國物理競賽的大獎。
米夫塔霍夫也取得了顯著的專業成就。在電動汽車行業工作期間，他創立了eMotorWerks公司。當時，該公司是全球領先的電動汽車電池聚合并網服務平臺。2017年，eMotorWerks的市場成就使其成為一個有吸引力的收購目標。
顯然，Val Miftakhov對航空的熱愛影響了他決定解決一個全行業的問題。“我一直對航空充滿熱情。這已經是我十多年的愛好了，我有駕駛飛機和直升機的執照。在建立了智能電網電動汽車充電公司eMotorWerks，并將其出售給國際能源公司Enel之后，我開始著手解決我認為的商業運輸電氣化的下一個大問題——航空，”他解釋道。
ZeroAvia計劃在2024年將其氫燃料電池動力系統引入商用航空市場。為此，該公司將在20個座位的飛機上進行500英里的飛行演示。該公司計劃在這段時間內節省50%的費用。
到2026年，ZeroAvia計劃在最多80個座位的飛機上飛行500多英里。在未來10年里，該公司計劃徹底顛覆商用航空推進市場，創造超過10萬臺的需求。
ZeroAvia的低碳史
全球環保人士越來越關注交通行業對環境的負面影響。例如，在美國，交通運輸占全國二氧化碳排放量的三分之一。2016年，交通是該國最大的污染源。
航空相關排放已成為全球最大的排放源之一。飛機在高海拔時排出這些排放物，使它們能夠分散在廣闊的區域。這一因素意味著，空氣中排放的有害影響是地面排放的2至4倍。飛行時間較短的航班是最大的罪魁禍首。與航空相關的排放有一半來自1,000英里以下的飛行。許多航空公司都提供這種短途航班，所以這是一個普遍的問題。
國際清潔運輸委員會(International Council on Clean Transportation)報告稱，2013年至2018年間，商用航空的二氧化碳排放量增長了32%。如果這種驚人的增長速度繼續下去，到2050年，航空業將占全球碳預算的25%以上。專家預計，到同年，與航空相關的集體排放量將增加一倍。
為了解決令人不安的排放趨勢，全球監管機構最近開始要求航空業大幅減少排放。例如，到2050年，歐盟必須將二氧化碳排放量減少四倍。歐盟還必須在同一時間內將氮氧化物(NOX)排放量減少10倍。雖然漸進式變化是向前的進展，但它們將不足以實現必要的戲劇性結果。
與此同時，聯合國警告稱，到2030年，人為排放的二氧化碳必須減少到2010年水平的45%。因此，我們只有10年的時間來做出重大改變，否則將面臨災難性的環境和經濟后果。”“考慮到飛機可以服役20到30年，在我看來，我們通常的漸進式改進顯然不會起作用。相反，我們應該在為航空提供動力的方式上立即做出一些根本的改變。如果該行業忽視這一點，它將面臨監管壓力的風險，或文化和社會變革帶來的嚴重增長逆風。”
“航空業是最難脫碳的行業之一;然而，通過這次合作，我們離實現我們的天空無排放目標又近了一步。”
邁向零排放的未來
ZeroAvia的創新推進系統源于該公司希望在解決排放危機方面發揮關鍵作用的愿望。氫電燃料電池動力系統大大減少了有害的碳排放和惱人的噪音。該公司的商業合作伙伴將實現減少燃料和維護費用。
全球排放危機的影響需要一個全球性的解決方案。為了實現這一目標，亞馬遜和全球樂觀主義在2019年創建了《氣候承諾》。這個大膽的聲明呼吁公司和組織共同努力實現有針對性的改變。
具體來說，這項具有里程碑意義的協議的目標是到2040年實現碳凈零水平，比《巴黎協定》的目標提前10年。每個參與的企業或組織都承諾要達到這一具有挑戰性的里程碑。已經有100多個國家簽署了氣候承諾。
堅持不懈是實現氣候承諾凈零碳目標的關鍵。簽署《氣候承諾》的每個公司或組織都同意采取三個主要的減排行動項目:
每個實體將定期測量和報告其運營產生的溫室氣體排放。
每個實體都將執行符合《巴黎協定》的具體脫碳計劃。這些變化包括真正的業務創新和修訂。提高效率、減少材料、使用可再生能源以及進一步消除碳排放都是必要的。
每個實體都將用真實的、可量化的、永久性的碳補償來補償其剩余的碳排放。這些有益于社會的行動將有助于實現《氣候承諾》的凈零碳排放目標。
氣候承諾的簽署國將成為一個交流寶貴知識和最佳實踐的全球社區的一部分。每個公司或組織都將收到一份邀請，邀請他們參加重點話題的學習課程。此外，在重大事件之前，得到認可的氣候專家將向簽署人介紹情況。
氣候承諾在全球啟動后，亞馬遜推出了一個配套技術融資工具，初始資金為20億美元。氣候承諾基金支持實現脫碳和可持續技術及相關服務。
空中客車將制造氫動力飛機
領先的飛機制造商空中客車公司認為，用氫技術為其飛機提供動力是一個日益可行的選擇。為此，空客打算制造自己的氫動力飛機生產線。
該公司的設計工程師目前正在考慮三個概念。除了一個標準的商用飛機設計，它還在評估一個渦輪螺旋槳飛機模型。第三種模型將機翼集成到飛機的機身中。這三種設計都將在改裝的燃氣渦輪發動機中使用氫。氫燃料電池將提供電力。
到2035年，短程和中程飛機將開始從空客的裝配線下線，更大型的機型也將緊隨其后。150座以上的氫動力飛機可能要到2050年才能廣泛使用。
ZeroAvia的HyFlyer項目:向前邁出的重要一步
ZeroAvia HyFlyer I和II項目包括該公司最初的氫燃料電池測試項目。HyFlyer I的試飛和相關數據為HyFlyer II的擴展開發和測試周期提供了跳板。
ZeroAvia的HyFlyer I項目如何創造歷史
HyFlyer I項目包括在該公司位于英國的六座Piper Malibu飛機上成功完成三次試飛活動。首次HyFlyer I演示飛行于2020年6月22日進行。
2019年，ZeroAvia將這架測試飛機從加州搬到了英格蘭的克蘭菲爾德。此前，英國政府為發展零排放、可持續的航空替代品提供了一筆資金。
HyFlyer I的第一次試飛是在地面上進行了幾次“飛行模擬”之后進行的。每個場景都模擬了實現區域商用飛機運行目標所必需的氫燃料擴展飛行。
HyFlyer I測試飛機包含一個傳統的250kW動力系統，因為HyFlyer I項目專注于燃料系統的功能。事實上，飛機的巡航飛行部分是由純氫推進器驅動的。這最初的三個運動實現了所有有針對性的技術目標。未來的飛行將在不同配置的測試飛機上進行。每架飛機都將配備氫燃料電池、電動機和氫氣存儲能力。
ZeroAvia的氫燃料電池飛機將需要在戰略位置的機場持續提供燃料。為此，該公司已下令在英格蘭克蘭菲爾德機場建設氫燃料設施。ZeroAvia計劃250-300英里的起飛地點蘇格蘭奧克尼群島將是第二個氫燃料倉庫。
考慮到ZeroAvia的首次成功試飛，米夫塔霍夫意識到這一成就的重要性。他說:“今天的飛行是一系列里程碑事件中最新的一個，使零排放飛行的可能性更接近現實。”他說:“我們都希望航空業在疫情后能夠站穩腳跟，實現綠色復蘇，走向凈零未來。如果沒有零排放飛行的現實的商業選擇，這是不可能實現的，我們最早將在2024年將這種選擇推向市場。”
ZeroAvia的HyFlyer II
在HyFlyer I項目成功完成后，ZeroAvia開始實施下一階段的氫燃料電池動力系統開發計劃。2020年12月，該公司獲得了英國政府ATI項目的1230萬英鎊(1630萬美元)資助。
英國政府的資金將幫助ZeroAvia在2023年之前將一款19座的氫動力飛機推向市場。該公司將與EMEC和Aeristech合作，開發這架飛機的兩個600kW動力系統。
兩個600千瓦的動力系統單元將為ZeroAvia的19座飛機提供動力，取代飛機傳統的雙引擎。飛機還將配備氫燃料箱。最終，這些儲罐將共同容納100公斤的氣態壓縮氫。
壓縮氫將為飛機預定在2024年進行的500英里飛行提供燃料。到2030年，該公司計劃交付可容納100名乘客、行程超過1000英里的氫電力動力系統。
ZeroAvia將管理飛機的硬件、軟件和機械集成。該公司還將確保燃料電池的平衡工廠使認證。為確保項目各個階段的準確性，航空、汽車和燃料技術專家正在為公司的工程師和技術人員提供專業知識。
兩架多尼爾228飛機將為HyFlyer II動力系統開發工作提供平臺。這款19座的主力飛機之前在美國和英國的地區市場服役。這說明了該技術對區域航線的適用性。
從這個角度來看，19座飛機在許多全球和地區市場上具有雙重用途。每架飛機最多可容納19名乘客，或者公司可以選擇將其重新配置，用作貨運飛機。維京航空公司的DHC-6雙水獺和塞斯納208大篷車都是這類飛機的非常成功的例子。ZeroAvia的氫電力動力系統與該尺寸范圍內的所有飛機型號兼容。
