在7月20日开幕的线上范堡罗航展(FIAconnect)中,空客零排放技术副总裁Glenn Llewellyn在“清洁飞行——零排放飞机之路”研讨会上表示“空客已经将氢能源视为实现未来十年将零排放商用客机推向市场目标的主要能源,并且计划在21世纪30年代推出一款零排放商用客机。”

2019年6月17日,一架空客A330neo飞机在第53届巴黎航展上进行飞行表演。(图片来源:新华社)

中国航空新闻网报道,在研讨会上,Glenn Llewellyn还表示,机场还必须为21世纪30年代的氢动力飞机做好准备,这意味着需要将氢气引入机场,为地面设备提供动力。基础设施和飞机开发同样重要。而目前空客已启动初步工作,通过与能源公司开展后续合作扩大氢能应用规模。

虽然目前氢燃料只适用于200座飞机,对于大型飞机来说,使用混合动力能源可能是更好的选择。但总体来说,对于新型能源飞机及其市场布局,空客的这一规划显然是得到了来自其重要伙伴:法国政府的积极支持。对于新型能源飞机,法国政府一直是积极的推动者——7月6日,法国政府宣布了“绿色飞机计划”。按照这一计划,包括空客在内的法国国内航空企业将在2035年左右推出零排放的“绿色飞机”,这一计划将有1300家公司参与。此外,由于疫情重创了其航空产业,法国政府宣布对航空航天领域实施总计为150亿欧元的援助计划,这其中也有15亿欧元将用于新能源民用客机的研发,可见其决心之大。

那么,法国推动新能源客机研发的底气何来?其中又将有哪些风险?

空客和赛峰,法国航空业的“左膀右臂”

作为空客的初创者之一,法国拥有雄厚的航空实力。除了多国共同持股的空客之外,达索、赛峰、泰雷兹等航空产业链巨头均为法国企业。

在下一代新能源飞机的研制上,其实力集中体现在空客和赛峰两大集团上。

2014年5月,欧盟宣布启动“洁净天空2”计划(Cleans Sky 2,以下称CS2),并指定空客主导CS2的实施。

CS2是洁净天空计划的延续,是欧洲范围最广的航空科研项目。凭借其庞大雄厚的规模,CS2能够集结全欧洲最好的技术、人才和资源,让未来实现突破的可能大大增加。这一框架下,空客的重点研究领域包括新型航空动力系统及其与飞机机体的整合、未来飞机机身、客舱的研发,以及未来驾驶舱的研发。

即便在疫情之下,空客也一直在推进这些项目的进行,譬如其中一个重要的项目:空客A340“BLADE”层流翼验证机已经于6月份恢复了试验飞行。

“BLADE”意为Break through Laminar Aircraft Demonstrator(突破性层流翼演示机项目)。这架飞机的任务是通过新型层流机翼的设计与试验,评估将其引入商用航空应用的可行性,使机翼摩擦减少50%,二氧化碳排放减少近5%。这种新型层流机翼旨在通过改变现有机翼的形状、材料和表面,将燃料消耗降低4.6%。

赛峰

在“洁净天空”项目中,赛峰也扮演着至关重要的角色,其积极参与了其中六个研究领域,并负责协调两个旗舰级发动机验证项目:开式转子发动机(带反向旋转叶轮的发动机)和Tech800涡轴发动机。

目前,Tech800上经过验证的一些技术已经应用于赛峰旗下的直升机发动机如Arrano等型号上。此外,赛峰表示其75%的研发和技术预算被投入到寻找更加环保的解决方案中,在发动机技术、航空航天材料、可持续替代燃料等方面赛峰都有所建树。2007年,赛峰集团就在其发动机上进行替代燃料测试。法航荷航集团所运营的搭载了CFM56发动机的A321飞机,使用法呢烷和航空煤油混合燃料,在图卢兹和法国之间进行了数十次飞行测试。此外,赛峰也一直在研发面向2040–2050年的未来发动机概念,如分布式推进、混合动力推进和边界层吸入。

氢能源的优势与劣势

目前航空领域减少碳排放的手段主要有三种,一提高现有能源利用效率,二利用替代能源,三使用碳捕捉、封存和利用技术(CCUS)。其中CCUS大多与煤电、化工行业结合,且可能增加飞机设计难度与空载重量,所以在航空领域中,前两种减排路径尤显重要。对于传统航空燃料来说,提高现有能源利用效率无法实现碳的零排放;而对于新兴生物燃料,原料来源有限、经济成本高等问题,也一直是其大规模进入市场应用的“拦路虎”。而使用替代能源,如太阳能、核能则也存在许多问题。

太阳能由于能量密度小,要仅依靠太阳能支持飞机运行,需要在目前基础上大力发展更高能量密度的太阳能电池。

另一种能量密度高的能源则是核能。但核反应堆技术复杂,价格昂贵。而且想要将核反应堆放置在飞机上,就必不可少的需要大量的屏蔽材料而这些材料势必会减少飞机的有效载荷。最重要的是,核动力装置的安全性难以保障。

氢能源,相比以上二者具有储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁、且价格低廉等优点,更加具有开发价值。

7月7日,飞行器设计制造公司ZeroAvi宣布完成了目前全球最大的氢动力飞机的第一阶段试飞,并希望在2023年正式投入商业运输市场。

但实现氢能源的广泛使用并不容易,其难点如下:

制取困难,成本高

虽然氢氧燃料电池的发展前景很好,但是氢气制取的成本却是普通汽油的数倍,这个价格是市场所难以承受的。即使世界各国都将目光投向了利用太阳能来分解水这种廉价、低成本来利用光的作用下将水分解成氢气和氧气,但是目前仍缺少一种价格、效率等方面都适合推广的催化剂来实现这一目标。目前世界上有50多个实验室正在进行相关研究,但至今尚未有重大突破。

安全性低、储运困难

由于制氢地与用氢地往往存在一定的空间距离,在没有完整的输氢管网的情况下,需要通过高压气态等方式运输至用氢地,成本较高。同时,如何保证氢气在储运过程中的安全也是制约氢能行业发展的瓶颈。

研发与供应链的管理,是个问题

虽然按照法国政府的宣告,此次新能源客机项目的开发以空客公司为主导。但是此前在研制6代战斗机的项目上,英国、法国和德国等多国出于经济和科研实力等多方面考虑,分别提出了不同的方案,分裂成“暴风”六代机(Tempest)、“未来作战航空系统”FCAS六代机的两大阵营。

而随着英国正式脱欧,德国还是否会和法国紧密合作,法国能否保证航空产业链上的1300家公司能够齐心协力开发新能源飞机这一切都是未知数。

值得一提,被纳入法国未来新能源飞机研发计划的这1300多家航空制造企业,近70%是中小型企业。在疫情影响下,这些企业大多需要政府的补贴援助,但由于基数大,但仅仅由政府资金补助,持续的时间将非常有限。此外,研发新机所需的巨大资金,也可能成为这一项目的“拦路虎”。虽然法国政府表示自己仍将投入15亿欧元将用于新能源民用客机的研发,但是即便是有“空中巨无霸”之称的空客A380,当年欧洲的飞机公司在正式投产之前也曾斥巨资,历经10年之久才成形,到2020年又投入88亿欧元,最后造价110亿欧元的第一架A380才得以面世。因此与这相比,这150亿欧元中的十分之一(即15亿欧元)是否能够支撑起该项目,也是需要打一个问号的。

综上所述,尽管表面上法国看起来极占优势,但是想要如期在2035年推出“法国制造”的零碳排放“绿色飞机”,仍需解决不少问题。而法国会采用什么方法解决这些问题,我们无法预测知道,只有时间才会告诉我们结果,让我们拭目以待吧。

(编辑:贾言)