电动飞机还是氢能飞机 特斯拉与空客谁能赢得未来

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特斯拉CEO埃隆·马斯克宣布,特斯拉正在推进飞机的电动化。目前特斯拉电池技术已经略超300Wh/kg,采用昂贵的材料能让电池能量密度达到400Wh/kg。按照马斯克的说法,电池做到400Wh/kg时,飞机的续航将超过1000英里,460Wh/kg时续航将达到2000英里。

作为全球汽车电动化的领头羊,特斯拉一直在电池技术上不断创新。马斯克曾经说到,特斯拉其实是一家能源企业,这意味着特斯拉的业务将不仅仅是在汽车和太阳能电池板等领域,因此进军航空业也是合理的。

我们知道,航空燃油非常贵,是航空公司的很大一部分成本。如果未来飞机电动化,将会降低这一能源成本,这也是航空公司希望看到的。除了本身优势的利用之外,特斯拉进军航空能源领域或许也有其它的考虑。马斯克近日在给员工发的电子邮件中称,特斯拉去年的实际盈利率仅1%左右。他警告员工需要控制支出,才能延续季度盈利。这意味着,特斯拉虽然已实现连续五个季度盈利,但盈利模式还不算健康,因此需要在其它领域寻求新的机会。

交通运输领域是名副其实的温室气体“排放大户” ,“零排放” 的陆路交通工具已经相当常见,但在空中运输市场,实现零排放的目标似乎依然遥遥无期。空客想要改变这种情况,该公司正押注于氢动力零排放飞机。

今年9月份,这家世界上最大的飞机制造商宣布将在五年内推出商业上可行的氢动力概念飞机。其计划得到了法国、西班牙和德国政府等大股东的支持,这些政府承诺到2050年实现碳中性。不过即使有了帮助,这也将是一项艰巨的任务,需要重塑价值万亿美元的航空业。

研发氢动力零排放飞机面临着许多挑战:这种高度易燃的燃料很难安全储存和使用,目前还没有任何机场提供飞机氢燃料加油服务,而且生产氢燃料本身的成本也非常高。氢动力并不是空客的首选。空客工程师与劳斯莱斯控股公司花了数年时间研究在飞机上使用电池储存电力,但在今年早些时候搁置了该项目。虽然电池在汽车和公交车上被大量采用,但它们产生的能量相对较低。要想产生足够支持飞机长途飞行所需的电力,电池组的重量将让飞机不堪重负。

领导空客实验项目的工程师格伦·卢埃林(Glenn Llewell Yn)表示:“氢燃料是最有前途的能源类型,可以让我们用可再生能源为飞机和航空提供动力,而电池技术的发展速度还没有达到我们实现抱负所需的水平。”统计数据显示,2019年航空业向大气中排放的二氧化碳超过10亿吨。尽管今年的排放量将因新冠肺炎疫情而直线下降,但这种下降将是暂时的。与化石燃料燃烧时会排放温室气体二氧化碳不同,氢燃料的副产物主要是水蒸气。今天,大多数氢气被用于炼油和化工制造,而且几乎都是从天然气或煤炭中提炼出来的。但氢气也可以通过电解水来产生,只是成本更高。如果这个过程是由风能和太阳能等可再生能源驱动,那么就有可能大量使用这种燃料,而且不会产生任何温室气体。这就是空客计划要做的事情。

该公司估计,所谓的“环保氢气”有可能将航空业的排放量减半。卢埃林的团队正在研究三种氢动力概念机,分别是经典商用飞机、涡轮螺旋桨飞机以及喷气式飞机。它们都将利用改装后的燃气涡轮发动机,并在燃料电池中产生电能。

主要问题是如何储存氢气。因为比起现在使用的汽油和煤油混合物,飞机需要更多的燃料,所以它不能像现在的燃料那样储存在机翼内。这意味着氢燃料很可能要进入机身。或者,设计者可能需要考虑拉长机尾,这样氢气罐就可以储存在将机舱与飞机非加压部分隔开的区域。

卢埃林说,空客还在考虑其他解决方案,包括将氢气存储在机翼下的吊舱里或飞机下面的空间里。混合翼机型将是储存氢气的最理想机型,因为它将有更多的机舱空间,但其新设计也是最难获得飞行认证的。正因为如此,空客可能会坚持使用经典的飞机底盘,至少最初是这样。

该公司计划在未来五年内开发这些概念机,并进行飞行演示。在2025年,空客将决定是否花费数十亿美元来实际开发氢动力飞机。选择供应商和制造地点还需要两年时间,这意味着生产可能会在2028年左右开始。空客表示,如果一切顺利,首架氢动力飞机将于2035年开始运送乘客。卢埃林说:“这个项目在空客内部的优先级非常高。我非常乐观地认为,我们能够如期完成任务。”到2035年,空客希望氢燃料足够便宜,足以与化石燃料竞争,并希望有足够多的机场能够支持氢动力飞机,使其成为航空公司有吸引力的购买对象。

在未来几年,氢动力飞机将受到更多青睐,因为世界各地的政府都在推动氢气作为减少碳排放的方式。欧洲、中国和日本等主要经济体都计划扩大低碳氢气生产,作为实现净零目标的关键战略。到2030年,这将有助于降低环保氢气的成本,使其足以与化石燃料中提炼出的氢气相媲美。

由空客前高管保罗·埃雷门科(Paul Eremenko)创立的初创企业Universal Hydrogen,已经在研究机场问题的解决方案。该公司开发了涂有芳纶纤维的胶囊,可以在氢气用于飞机之前储存和运输,这意味着机场将不必投资于昂贵的基础设施,如管道和氢气储存设施。埃雷门科说,其公司已经与空客、波音以及中国商飞就使用其技术进行了讨论。

空客正寻求使用液氢,这将比气体占用更少的空间,但也面临着额外的挑战。华盛顿州立大学氢气特性能源研究实验室创始人雅各布·利赫曼(Jacob Leachman)表示,制造液氢的技术50年来几乎没有变化。但对液氢需求的增加可能会导致大型制造商投资于更好的技术,以减少生产过程中使用的能源,使生产变得更具经济效益。

一旦技术得到验证,飞机项目通常至少需要五到六年的时间来开发,这意味着空客只有七到八年的时间来建立包括氢气生产商、制造商和机场在内的整个生态系统。如果它不能找到降低每个环节成本的方法,那么一切都将化为乌有。卢埃林说:“仅仅开发技术上可行的东西没有太大意义,因为最终可能没有人能负担得起飞行的费用。除非我们创造出经济实惠的东西,否则我们不会减少飞行对气候的影响。”

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