随着氢动力飞行投资的扩大,如今的机场和航空公司意识到仅仅改造或设计新的氢动力飞机是不够的。因此,尽管大大小小的研究人员和公司对该领域的零碳未来进行了投资,但其他人也开始研究地面上需要哪些供应和基础设施才能使氢航空成为现实。
“氢可能是一件好事,但你必须从整个系统层面来看待它,对吗?”麻省理工学院航空航天教授、该大学国际航空运输中心主任R. John Hansman教授问道。“因为除非你拥有使其作为操作系统运行的所有组件,否则它无法运行。有很多技术需要开发。”
芝加哥奥黑尔机场每天需要相当于 719 吨液态氢。
第一个挑战是氢气生产。Hansman 和几位 MIT 学生共同撰写的一篇论文(并于今年夏天在芬兰瓦萨大学举行的IEEE 国际未来能源解决方案会议上发表)考虑了为全球 100 个机场供应足够液态氢的情况,每个机场都有长期的需求。拖运航班。(全球只有几百个机场支持飞行超过 4,800 公里的航班。)
汉斯曼说,这个想法是专注于较小的机场,从理论上讲,限制氢动力飞行可能需要的潜在新基础设施。但根据研究人员的计算,仅支持这些机场的液氢动力长途航班就相当于目前全球每天核能产量的 30% 以上。例如,芝加哥奥黑尔机场每天需要相当于 719 吨液态氢。
该论文指出,氢必须通过清洁能源或核能生产才能提供真正的气候效益。
该研究还暗示了其他物流挑战,包括有效运输和储存氢气。例如,根据研究人员的说法,在芝加哥奥黑尔机场为长途飞行维持两天的液态氢需要五个储罐,其大小相当于美国宇航局肯尼迪航天中心的液态氢储罐——美国最大的液态氢储罐。截至 2021 年,在全球范围内。
研究人员补充说,一些机场可能可以在现场生产氢气,但其他机场可能没有足够的空间。
液氢也可能需要新的装载过程。以氢为重点的运输初创公司Universal Hydrogen的首席运营官Arnaud Namer表示,以类似于标准喷气燃料的方式提供氢可能需要低温机械,因为液氢需要在极低的温度下运输。他指出,这种机械可能既昂贵又笨重,以这种方式运输氢气还可能造成损失风险,造成不太理想的安全性和气候影响。
一家公司正在开发模块化氢胶囊,每个胶囊可携带约 200 公斤液态氢,即“Nespresso 型号”。
同样,德国研究人员在2022 年发表的一篇分析加氢物流的论文考虑了卡车、管道和消防栓等几种不同加氢系统的潜在好处。该项目的作者之一 Julian H?lzen 期望的主要方法是卡车。
霍尔岑在一封电子邮件中表示:“这些技术目前几乎已经可用并商业化,易于扩展,资本成本相对较低,而且在没有交通限制的机场,它们是 LH2 飞机加油的完美第一步。” “从工程角度来看,管道和消防栓选项是最佳选择。但可能无法提供中型机场的经济效益,并且灵活性较差。”
加油提出了另一个悬而未决的问题。汉斯曼补充说,氢气极易燃烧,这意味着需要清理燃料管道。虽然美国宇航局通常依赖氦气,但商业航空环境可能需要一种净化燃料管道的新方法。
“假设您想在一两个小时内给飞机加油,对吗?好吧,事实证明,做到这一点很棘手,”他说。
目前,还有其他想法,但它们可能不适用于所有类型的航班。Universal Hydrogen 正在开发模块化氢胶囊,每个氢胶囊可携带约 200 公斤液态氢。虽然汉斯曼指出这种方法可能不适用于长途飞行,但纳默表示这项技术可以用于任何尺寸的飞机。
“这与Nespresso 模型类似。实际上,您使用的是胶囊,在生产现场用这些胶囊填充氢气,”Namer 解释道。“从这个意义上说,机场或地勤无需进行基础设施开发,因为您使用相同类型的设备像运输货物一样运输燃料。”