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氢能是否能挑战煤油成为未来飞机新动能?

作者:中国储能网新闻中心 来源:能链 发布时间:2018-11-18 浏览:
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      中国储能网讯:传统飞机对地球大气造成的污染在近几年越来越受到人们的关注,但飞机又是人类跨越洲际等长途旅行的重要交通工具。

      目前专家们正在制定氢动力客机的建造计划,试图用氢燃料电池飞机来替代传统燃油飞机,希望能够在减少碳排放的情况下,依然能保持飞机原有的动力,继而取代传统燃油飞机。

(该组织将分析开发v型混合机翼机身飞机用于长途飞行的案例)

      与传统飞机不同,这种v型飞机将使用更清洁的液态氢作为动力,二氧化碳排放量为零。

      而目前,航空旅行占全球温室气体排放的2%,预计未来20年这一数字将翻一番,所以为了能够有效减少碳排放,为飞机找到新的能源是目前研究的主要方向之一。

      这个价值450万美元的项目,是由贝德福德郡克兰菲尔德大学的学者和行业高层领导人一起进行的,可以解决氢动力飞行面临的一些最大挑战,如机载存储、生产燃料的高成本以及安全问题。

      该大学推进工程中心的Bobby Sethi博士告诉《泰晤士报》:“使用液态氢存在挑战,但我们希望在项目范围内解决这些问题。我们希望证明,氢不仅对环境有利,而且可以在中长期内安全、经济地使用。”

      氢燃料电池飞机将需要额外的空间来储存燃料,燃料必须储存在零下250摄氏度(零下418F)的环境里。

      该团队面临的技术挑战是如此之大,以至于他们不得不承认,要到本世纪30年代初该技术才能进入演示阶段,而真正达到目前客运航机的载客水平,预计至少要到20年后才能实现。

(波音的氢燃料电池飞机)

      波音公司早在2008年4月就成功试飞了氢燃料电池为动力的一架小型飞机。波音公司称这在世界航空史上尚属首次,预示航空工业未来更加环保。但波音承认,这一技术不太可能为大型客机提供主要动力。

      这架氢燃料电池飞机由奥地利 “钻石”(Diamond)双座螺旋桨动力滑翔机改装而成,飞机内安装了质子交换膜燃料电池和锂离子电池。小型飞机翼展16.3米,机身长6.5米,重约800公斤,可容纳两人。试飞过程中,机上只有飞行员一人。

      波音的氢燃料电池飞机带来了技术突破,但“波音(欧洲 )研究与技术”部称,氢燃料电池可以为小型飞机提供飞行动力,但不太可能为大型客机提供主要动力。这一技术可能为大型飞机提供辅助动力,但这需要技术突破。

      但氢气仍是最有可能取代煤油成为飞机的主要动力来源,因为氢气产生的推力是煤油燃料的三倍,释放出的二氧化碳为零,氮氧化物为超低排放。

(左图代表的是2000年飞机的排放经过5年,20年,50年以及削减的飞机排放对于全球大气的影响的示意图。右图中,飞机的排放的气候效应远远大于其他的交通工具)

      而氢燃料电池通过在经过特殊处理的双极板上,混合氢和氧来产生电能来为电池和马达提供动力,这些双极板结合起来形成燃料电池堆。

      燃料电池堆和电池使得工程师们可以大幅缩小这些部件,甚至可以把它们整齐地装进一辆家用汽车,尽管它们也通常用在公交车和其他大型车辆上。

      氧气通过进气道从空气中收集,氢气储存在铝内衬的储氢罐中,在遭遇事故时,储氢罐会自动密封以防止泄漏,这项安全措施也使得氢燃料电池汽车的安全性大大提升。

      当这些成分被融合在一起,作为副产品释放出可用的电和水,使这项技术成为最安静、最环保的技术之一。

      但燃料电池电堆中需要使用贵金属铂,使得燃料电池电堆的价格昂贵,也正是这种稀有金属限制了燃料电池的使用范围。

      最近的研究表明,在无污染道路的竞争中,氢燃料电池汽车有朝一日可能会挑战电动汽车,但这一前提是建造更多的加氢站来为燃料电池汽车提供燃料。

(丰田的氢燃料电池汽车)

      燃料电池汽车优势在于可以像汽油车一样快速加油,并且拥有更远的续航里程。

      但是加氢站的成本高达200万美元,所以许多企业不愿大规模建设加氢站,除非路上出现更多的燃料电池汽车。

      美国能源部列出了美国34个公共氢燃料加油站,除3个加氢站之外,其他加氢站都位于加州。

      根据Information Trends,截至2017年底,全球共有6475辆燃料电池汽车(FCV)。

      超过一半的燃料电池汽车在加州注册,这使得美国使用燃料电池汽车的用户占了全球的53%。日本以38%位居第二,欧洲为9%。

      燃料电池汽车尚处于普及阶段,并且燃料电池技术的应用领域也在不断扩张当中,目前燃料电池已经应用于叉车、无人机等领域,而在飞机领域却仍是一片空白。

      国际航空运输协会(International Air Transport Association)的数据显示,到2037年,全球客机飞行数量预计将增加一倍,达到82亿架次。

      包括易捷航空(Easyjet)在内的一些航空公司正寄望于使用燃料电池客机来减少碳排放。

      未来在燃料电池航空领域的应用有着巨大的前景,但燃料电池仍有诸多技术问题有待解决。

      由欧盟委员会资助的新项目Enable H2背后的专家坚持认为,电力长途飞行目前仍不可行。最主要的原因在于电动飞机的储能情况还远未达到承载旅客进行长途飞行的能力。

      在未来燃料电池飞机仍然有极大的可能取代现有的燃油飞机,因为在环境问题日益严峻的今天,人类不得不为环保做出抉择。

关键字:氢能

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