用氢燃料推动绿色航空：模型探索区域和短程涡轮螺旋桨飞机的电气化

Josiah02

尽管人们不断努力利用电动汽车和混合动力汽车来控制二氧化碳排放，但其他形式的交通工具仍然是温室气体的重要来源。为了解决这个问题，人们正在对旧技术进行改造，使其更加环保，例如在航运中重新引入帆船和在航空中使用氢气的新用途。现在，在《ACS 可持续化学与工程》上发表报告的研究人员已经使用计算机建模来研究氢动力航空的可行性和挑战。
该研究的共同作者之一 Dharik Mallapragada 表示：“尽管氢动力航空的规模化实现还有很长的路要走，但我们希望对机载系统设计和支持基础设施的分析能够用于优先考虑发展工作。”
国际能源署称，近几十年来，航空业与能源相关的二氧化碳排放量增长速度快于铁路、公路和航运。为了减少这种增长对气候的潜在影响，科学家们正在改进飞机的设计和操作，并开发低排放燃料，如氢气，用于直接燃烧或为电动燃料电池提供动力。
氢气作为燃料来源的吸引力在于，使用氢气不会产生二氧化碳，而且每磅氢气提供的能量比喷气燃料更多。为了了解航空业从传统喷气燃料转换为氢燃料的潜在影响，Anna Cybulsky、Mallapragada 及其同事模拟了氢燃料在区域和短程涡轮螺旋桨飞机电气化中的应用。
研究人员计算得出，现有飞机加装氢燃料箱和燃料电池所增加的体积需要通过其他方面的减重来抵消，比如减少飞机的有效载荷（货物或乘客）。这可能意味着需要更多航班来运送相同的有效载荷。
然而，该团队的模型表明，燃料电池功率和燃料系统重量指数（燃料重量与满油箱重量之比）的提高可以消除减少有效载荷的需要，从而消除增加航班对环境的影响。同时，他们指出，转向氢动力飞行可能会将航空业的二氧化碳排放量减少高达90%。
比更换航空燃料类型更大的挑战可能是提供以低碳和经济高效的方式生产和分配氢气所需的基础设施。一种低碳生产方法是利用天然气重整（从甲烷气体中提取氢气）结合碳捕获，但它需要使用二氧化碳基础设施和封存地点。
另一种绿色选择是电解，将水分解成氢和氧，可以使用核电站或可再生资源的电力来实现。但这将对电网增加大量需求。Cybulsky 及其同事指出，由于电网电价在各个地区可能有很大差异，因此将氢气从低成本生产设施运输到最终用户可能更具成本效益。
出于这些原因，研究人员建议，氢动力航空的推广可以从具有良好氢气生产条件的地方开始，例如德国汉堡或西班牙巴塞罗那。支持航空业使用氢气所需的基础设施也将使氢燃料更加普及，从而有利于其他行业的脱碳工作，包括公路运输和航运。