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如果你問(wèn)，氫燃料電池能在飛機(jī)上使用嗎?你將得到1840萬(wàn)份搜索結(jié)果，其中包括對(duì)環(huán)保航空初創(chuàng)企業(yè)ZeroAvia的大量討論。事實(shí)上，這家成立4年的公司對(duì)這個(gè)緊迫的問(wèn)題給出了響亮的肯定回答。這是因?yàn)樵摴驹谟?guó)科茨沃爾德機(jī)場(chǎng)(Cotswold Airport)的研發(fā)中心已經(jīng)成功進(jìn)行了數(shù)十次氫電力動(dòng)力測(cè)試飛行。
到2024年，ZeroAvia表示，它計(jì)劃將自己的技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)航空部門(mén)，以爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)零排放的未來(lái)。今年10月，通過(guò)與愛(ài)爾蘭ASL航空公司的貨運(yùn)業(yè)務(wù)合作，該公司實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)的一個(gè)重要里程碑。作為合作的結(jié)果，零航空將為航空公司的ATR72飛機(jī)生產(chǎn)氫電力發(fā)動(dòng)機(jī)。
ZeroAvia的動(dòng)力系統(tǒng):開(kāi)發(fā)物流
ZeroAvia和ASL將共同開(kāi)發(fā)ZA2000的動(dòng)力系統(tǒng)。這種2-5兆瓦(MW)的替代發(fā)動(dòng)機(jī)通常為配備40到90個(gè)乘客座位的飛機(jī)提供動(dòng)力。每架ASL ATR72貨運(yùn)飛機(jī)將結(jié)合一個(gè)氫燃料電池和一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)動(dòng)力系統(tǒng)。
為了可靠地為ATR72貨運(yùn)卡車(chē)補(bǔ)充燃料，ZeroAvia將進(jìn)一步擴(kuò)大現(xiàn)有的氫機(jī)場(chǎng)加油生態(tài)系統(tǒng)(HARE)。該公司與歐洲海洋能源中心(EMEC)合作開(kāi)發(fā)了這一創(chuàng)新系統(tǒng)。
未來(lái)燃料電池背后的科學(xué)
ZeroAvia的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)整合了多個(gè)合作伙伴的頂級(jí)組件，包括航空認(rèn)證的氫燃料電池、逆變器和發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)包括該公司的專(zhuān)有軟件和硬件，集成了組件，并促進(jìn)了成功的操作。集成機(jī)制與飛機(jī)的航空電子設(shè)備和其他系統(tǒng)接口。完整的動(dòng)力系統(tǒng)冗余能夠增強(qiáng)可靠性和安全性。
在典型的氫燃料電池中，氫會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生電能。氫燃料電池能在低溫下將氫轉(zhuǎn)化為電能。相比之下，燃燒氫氣產(chǎn)生的能量溫度要高得多。燃料電池的電力驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，為飛機(jī)提供動(dòng)力。總的來(lái)說(shuō)，這些活動(dòng)包括一個(gè)模塊化的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)。
ZeroAvia的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Val miiftakhov表示，該公司的氫電力動(dòng)力系統(tǒng)比市場(chǎng)上最好的電池要好得多。
“我們選擇使用氫電力動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)槲覀兿嘈胚@是唯一可行的解決方案，可以帶來(lái)航空領(lǐng)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(jī)設(shè)計(jì)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(jī)的總擁有成本。”
相比之下，ZeroAvia設(shè)計(jì)的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)可以提供更多的飛行里程和更長(zhǎng)的操作時(shí)間。此外，該公司預(yù)計(jì)其動(dòng)力系統(tǒng)將降低至少40%的每次飛行操作和維護(hù)成本。
米夫塔霍夫認(rèn)為，將公司的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)安裝到現(xiàn)有飛機(jī)上是最實(shí)用的解決方案。這使得航空業(yè)能夠更快地實(shí)現(xiàn)真正的零排放飛行。
“制造一架全新的飛機(jī)和引擎總是會(huì)更加復(fù)雜，需要更多的時(shí)間。通過(guò)使用現(xiàn)有的機(jī)身，將化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)換成ZeroAvia的動(dòng)力系統(tǒng)，我們可以更快地制造出第一架實(shí)用的、商用的、零排放的飛機(jī)，”米夫塔霍夫解釋道。
ZeroAvia:這一切是如何開(kāi)始的
2017年11月，米夫塔霍夫成立了ZeroAvia，希望為現(xiàn)有商用飛機(jī)開(kāi)發(fā)替代動(dòng)力系統(tǒng)。
米夫塔霍夫?qū)Ｗ⒂诩夹g(shù)的背景為他擔(dān)任航空業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)角色做好了準(zhǔn)備。在成立公司之前，miiftakhov獲得了莫斯科物理技術(shù)研究所的物理學(xué)碩士學(xué)位。接著，他在普林斯頓大學(xué)學(xué)習(xí)，并在那里獲得了物理學(xué)博士學(xué)位。此外，米夫塔霍夫還兩次獲得俄羅斯全國(guó)物理競(jìng)賽的大獎(jiǎng)。
米夫塔霍夫也取得了顯著的專(zhuān)業(yè)成就。在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)工作期間，他創(chuàng)立了eMotorWerks公司。當(dāng)時(shí)，該公司是全球領(lǐng)先的電動(dòng)汽車(chē)電池聚合并網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)。2017年，eMotorWerks的市場(chǎng)成就使其成為一個(gè)有吸引力的收購(gòu)目標(biāo)。
顯然，Val Miftakhov對(duì)航空的熱愛(ài)影響了他決定解決一個(gè)全行業(yè)的問(wèn)題。“我一直對(duì)航空充滿(mǎn)熱情。這已經(jīng)是我十多年的愛(ài)好了，我有駕駛飛機(jī)和直升機(jī)的執(zhí)照。在建立了智能電網(wǎng)電動(dòng)汽車(chē)充電公司eMotorWerks，并將其出售給國(guó)際能源公司Enel之后，我開(kāi)始著手解決我認(rèn)為的商業(yè)運(yùn)輸電氣化的下一個(gè)大問(wèn)題——航空，”他解釋道。
ZeroAvia計(jì)劃在2024年將其氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)引入商用航空市場(chǎng)。為此，該公司將在20個(gè)座位的飛機(jī)上進(jìn)行500英里的飛行演示。該公司計(jì)劃在這段時(shí)間內(nèi)節(jié)省50%的費(fèi)用。
到2026年，ZeroAvia計(jì)劃在最多80個(gè)座位的飛機(jī)上飛行500多英里。在未來(lái)10年里，該公司計(jì)劃徹底顛覆商用航空推進(jìn)市場(chǎng)，創(chuàng)造超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)的需求。
ZeroAvia的低碳史
全球環(huán)保人士越來(lái)越關(guān)注交通行業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。例如，在美國(guó)，交通運(yùn)輸占全國(guó)二氧化碳排放量的三分之一。2016年，交通是該國(guó)最大的污染源。
航空相關(guān)排放已成為全球最大的排放源之一。飛機(jī)在高海拔時(shí)排出這些排放物，使它們能夠分散在廣闊的區(qū)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(shí)間較短的航班是最大的罪魁禍?zhǔn)住Ｅc航空相關(guān)的排放有一半來(lái)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(gè)普遍的問(wèn)題。
國(guó)際清潔運(yùn)輸委員會(huì)(International Council on Clean Transportation)報(bào)告稱(chēng)，2013年至2018年間，商用航空的二氧化碳排放量增長(zhǎng)了32%。如果這種驚人的增長(zhǎng)速度繼續(xù)下去，到2050年，航空業(yè)將占全球碳預(yù)算的25%以上。專(zhuān)家預(yù)計(jì)，到同年，與航空相關(guān)的集體排放量將增加一倍。
為了解決令人不安的排放趨勢(shì)，全球監(jiān)管機(jī)構(gòu)最近開(kāi)始要求航空業(yè)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(shí)間內(nèi)將氮氧化物(NOX)排放量減少10倍。雖然漸進(jìn)式變化是向前的進(jìn)展，但它們將不足以實(shí)現(xiàn)必要的戲劇性結(jié)果。
與此同時(shí)，聯(lián)合國(guó)警告稱(chēng)，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(shí)間來(lái)做出重大改變，否則將面臨災(zāi)難性的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)后果。”“考慮到飛機(jī)可以服役20到30年，在我看來(lái)，我們通常的漸進(jìn)式改進(jìn)顯然不會(huì)起作用。相反，我們應(yīng)該在為航空提供動(dòng)力的方式上立即做出一些根本的改變。如果該行業(yè)忽視這一點(diǎn)，它將面臨監(jiān)管壓力的風(fēng)險(xiǎn)，或文化和社會(huì)變革帶來(lái)的嚴(yán)重增長(zhǎng)逆風(fēng)。”
“航空業(yè)是最難脫碳的行業(yè)之一;然而，通過(guò)這次合作，我們離實(shí)現(xiàn)我們的天空無(wú)排放目標(biāo)又近了一步。”
邁向零排放的未來(lái)
ZeroAvia的創(chuàng)新推進(jìn)系統(tǒng)源于該公司希望在解決排放危機(jī)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用的愿望。氫電燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)大大減少了有害的碳排放和惱人的噪音。該公司的商業(yè)合作伙伴將實(shí)現(xiàn)減少燃料和維護(hù)費(fèi)用。
全球排放危機(jī)的影響需要一個(gè)全球性的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，亞馬遜和全球樂(lè)觀主義在2019年創(chuàng)建了《氣候承諾》。這個(gè)大膽的聲明呼吁公司和組織共同努力實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的改變。
具體來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)具有里程碑意義的協(xié)議的目標(biāo)是到2040年實(shí)現(xiàn)碳凈零水平，比《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)提前10年。每個(gè)參與的企業(yè)或組織都承諾要達(dá)到這一具有挑戰(zhàn)性的里程碑。已經(jīng)有100多個(gè)國(guó)家簽署了氣候承諾。
堅(jiān)持不懈是實(shí)現(xiàn)氣候承諾凈零碳目標(biāo)的關(guān)鍵。簽署《氣候承諾》的每個(gè)公司或組織都同意采取三個(gè)主要的減排行動(dòng)項(xiàng)目:
每個(gè)實(shí)體將定期測(cè)量和報(bào)告其運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的溫室氣體排放。
每個(gè)實(shí)體都將執(zhí)行符合《巴黎協(xié)定》的具體脫碳計(jì)劃。這些變化包括真正的業(yè)務(wù)創(chuàng)新和修訂。提高效率、減少材料、使用可再生能源以及進(jìn)一步消除碳排放都是必要的。
每個(gè)實(shí)體都將用真實(shí)的、可量化的、永久性的碳補(bǔ)償來(lái)補(bǔ)償其剩余的碳排放。這些有益于社會(huì)的行動(dòng)將有助于實(shí)現(xiàn)《氣候承諾》的凈零碳排放目標(biāo)。
氣候承諾的簽署國(guó)將成為一個(gè)交流寶貴知識(shí)和最佳實(shí)踐的全球社區(qū)的一部分。每個(gè)公司或組織都將收到一份邀請(qǐng)，邀請(qǐng)他們參加重點(diǎn)話(huà)題的學(xué)習(xí)課程。此外，在重大事件之前，得到認(rèn)可的氣候?qū)＜覍⑾蚝炇鹑私榻B情況。
氣候承諾在全球啟動(dòng)后，亞馬遜推出了一個(gè)配套技術(shù)融資工具，初始資金為20億美元。氣候承諾基金支持實(shí)現(xiàn)脫碳和可持續(xù)技術(shù)及相關(guān)服務(wù)。
空中客車(chē)將制造氫動(dòng)力飛機(jī)
領(lǐng)先的飛機(jī)制造商空中客車(chē)公司認(rèn)為，用氫技術(shù)為其飛機(jī)提供動(dòng)力是一個(gè)日益可行的選擇。為此，空客打算制造自己的氫動(dòng)力飛機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)。
該公司的設(shè)計(jì)工程師目前正在考慮三個(gè)概念。除了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的商用飛機(jī)設(shè)計(jì)，它還在評(píng)估一個(gè)渦輪螺旋槳飛機(jī)模型。第三種模型將機(jī)翼集成到飛機(jī)的機(jī)身中。這三種設(shè)計(jì)都將在改裝的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用氫。氫燃料電池將提供電力。
到2035年，短程和中程飛機(jī)將開(kāi)始從空客的裝配線(xiàn)下線(xiàn)，更大型的機(jī)型也將緊隨其后。150座以上的氫動(dòng)力飛機(jī)可能要到2050年才能廣泛使用。
ZeroAvia的HyFlyer項(xiàng)目:向前邁出的重要一步
ZeroAvia HyFlyer I和II項(xiàng)目包括該公司最初的氫燃料電池測(cè)試項(xiàng)目。HyFlyer I的試飛和相關(guān)數(shù)據(jù)為HyFlyer II的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)和測(cè)試周期提供了跳板。
ZeroAvia的HyFlyer I項(xiàng)目如何創(chuàng)造歷史
HyFlyer I項(xiàng)目包括在該公司位于英國(guó)的六座Piper Malibu飛機(jī)上成功完成三次試飛活動(dòng)。首次HyFlyer I演示飛行于2020年6月22日進(jìn)行。
2019年，ZeroAvia將這架測(cè)試飛機(jī)從加州搬到了英格蘭的克蘭菲爾德。此前，英國(guó)政府為發(fā)展零排放、可持續(xù)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(jìn)行了幾次“飛行模擬”之后進(jìn)行的。每個(gè)場(chǎng)景都模擬了實(shí)現(xiàn)區(qū)域商用飛機(jī)運(yùn)行目標(biāo)所必需的氫燃料擴(kuò)展飛行。
HyFlyer I測(cè)試飛機(jī)包含一個(gè)傳統(tǒng)的250kW動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)镠yFlyer I項(xiàng)目專(zhuān)注于燃料系統(tǒng)的功能。事實(shí)上，飛機(jī)的巡航飛行部分是由純氫推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)的。這最初的三個(gè)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了所有有針對(duì)性的技術(shù)目標(biāo)。未來(lái)的飛行將在不同配置的測(cè)試飛機(jī)上進(jìn)行。每架飛機(jī)都將配備氫燃料電池、電動(dòng)機(jī)和氫氣存儲(chǔ)能力。
ZeroAvia的氫燃料電池飛機(jī)將需要在戰(zhàn)略位置的機(jī)場(chǎng)持續(xù)提供燃料。為此，該公司已下令在英格蘭克蘭菲爾德機(jī)場(chǎng)建設(shè)氫燃料設(shè)施。ZeroAvia計(jì)劃250-300英里的起飛地點(diǎn)蘇格蘭奧克尼群島將是第二個(gè)氫燃料倉(cāng)庫(kù)。
考慮到ZeroAvia的首次成功試飛，米夫塔霍夫意識(shí)到這一成就的重要性。他說(shuō):“今天的飛行是一系列里程碑事件中最新的一個(gè)，使零排放飛行的可能性更接近現(xiàn)實(shí)。”他說(shuō):“我們都希望航空業(yè)在疫情后能夠站穩(wěn)腳跟，實(shí)現(xiàn)綠色復(fù)蘇，走向凈零未來(lái)。如果沒(méi)有零排放飛行的現(xiàn)實(shí)的商業(yè)選擇，這是不可能實(shí)現(xiàn)的，我們最早將在2024年將這種選擇推向市場(chǎng)。”
ZeroAvia的HyFlyer II
在HyFlyer I項(xiàng)目成功完成后，ZeroAvia開(kāi)始實(shí)施下一階段的氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃。2020年12月，該公司獲得了英國(guó)政府ATI項(xiàng)目的1230萬(wàn)英鎊(1630萬(wàn)美元)資助。
英國(guó)政府的資金將幫助ZeroAvia在2023年之前將一款19座的氫動(dòng)力飛機(jī)推向市場(chǎng)。該公司將與EMEC和Aeristech合作，開(kāi)發(fā)這架飛機(jī)的兩個(gè)600kW動(dòng)力系統(tǒng)。
兩個(gè)600千瓦的動(dòng)力系統(tǒng)單元將為ZeroAvia的19座飛機(jī)提供動(dòng)力，取代飛機(jī)傳統(tǒng)的雙引擎。飛機(jī)還將配備氫燃料箱。最終，這些儲(chǔ)罐將共同容納100公斤的氣態(tài)壓縮氫。
壓縮氫將為飛機(jī)預(yù)定在2024年進(jìn)行的500英里飛行提供燃料。到2030年，該公司計(jì)劃交付可容納100名乘客、行程超過(guò)1000英里的氫電力動(dòng)力系統(tǒng)。
ZeroAvia將管理飛機(jī)的硬件、軟件和機(jī)械集成。該公司還將確保燃料電池的平衡工廠使認(rèn)證。為確保項(xiàng)目各個(gè)階段的準(zhǔn)確性，航空、汽車(chē)和燃料技術(shù)專(zhuān)家正在為公司的工程師和技術(shù)人員提供專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
兩架多尼爾228飛機(jī)將為HyFlyer II動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作提供平臺(tái)。這款19座的主力飛機(jī)之前在美國(guó)和英國(guó)的地區(qū)市場(chǎng)服役。這說(shuō)明了該技術(shù)對(duì)區(qū)域航線(xiàn)的適用性。
從這個(gè)角度來(lái)看，19座飛機(jī)在許多全球和地區(qū)市場(chǎng)上具有雙重用途。每架飛機(jī)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(yùn)飛機(jī)。維京航空公司的DHC-6雙水獺和塞斯納208大篷車(chē)都是這類(lèi)飛機(jī)的非常成功的例子。ZeroAvia的氫電力動(dòng)力系統(tǒng)與該尺寸范圍內(nèi)的所有飛機(jī)型號(hào)兼容。
