中国航空报讯：中国航空工业发展研究中心（以下简称“发展中心”）长期跟踪研究飞行器新能源、新技术等的发展，2019年支撑中国航空研究院编制发布了《电动飞机发展白皮书》。近日，在欧盟框架计划资助下联合完成的《2050年前氢动力航空的技术、经济和气候影响：一项基于事实的研究》研究报告（简称《氢动力航空》报告）发布，为了更好地了解和掌握氢能在航空领域的应用前景和技术路线，发展中心联合中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心（曾联合国电投中央研究院开发“灵雀H”氢能源无人机并成功试飞）和太原理工大学航空航天研究院产业政策研究所对该报告进行了编译研究和解读。

2020年5月，在欧盟“地平线2020”（H2020）科研与创新框架计划资助下，麦肯锡公司与“洁净天空2联盟”和“燃料电池与氢能2联盟”合作，发布了《氢动力航空》报告。该报告在调研24家领先企业和相关机构基础上，给出了氢动力航空的可行性以及对经济和气候影响方面的技术挑战，目的是全面了解氢能应用方面的技术和工业风险，为未来氢能在航空领域应用提供建议。

《氢动力航空》研究是欧盟“洁净天空”航空减排总体规划的一部分，研判了基于氢燃料的运输航空的技术可行性、机型设计路线、经济性和环境影响。随着人类航空活动的发展，其对全球气候变化的影响也日益显著。世界主要经济体都纷纷推出了旨在降低和消除碳排放的行动计划，发展和使用氢能是重要方向之一。欧盟在应对气候变化和环境保护方面一直走在世界前列，《氢动力航空》研究报告对我国氢动力航空研究具有重要的参考价值。

研究背景脱碳是航空业面临的一大挑战。航空业每年排放的二氧化碳超过9亿吨。假设每年工业增长3%到4%，燃油效率提高2%，到2050年排放量将增加一倍以上。在同一时期，航空运输行动小组（ATAG）承诺到2050年将二氧化碳排放量减少50％(与2005年相比)，欧盟（EU）在绿色协议中设定了碳中立的目标。除了二氧化碳，飞机排放的氮氧化物(NOx)、烟尘和水蒸气，凝结产生尾迹和卷云，也会对气候产生较大影响，因此，航空业对全球变暖的“全部贡献”远远高于仅仅二氧化碳排放量的影响。

航空脱碳需要新的燃料和推进技术。为了降低对气候的影响，首先，航空业基于现有技术进行渐进式改进，燃油效率平均每年提高2%，与过去20年相比，当前的改进速度已显著加快。虽然高铁等其他交通方式是降低碳排放的一种有效模式，但只能替代通勤、支线等短程飞机，且这种短程飞行的碳排放量不足航空业碳排放总量的5%。其次，航空业必须做出根本性的变革。为了真正实现脱碳，航空业需要新的低碳推进技术和/或新燃料，作为对先进煤油推进系统和其他改进措施的补充，主要包括可持续航空燃料和新的推进技术。可持续航空燃料（SAF）包括生物燃料和合成燃料（synfuel）。新的推进技术包括电池和涡轮发电技术，以及氢涡轮和氢燃料电池电动技术。

氢动力在航空脱碳中起着关键作用。针对欧盟委员会制定的2050年目标，《氢动力航空》报告评估了氢能推进技术在航空脱碳方面的最新技术水平和发展潜力。报告指出：在航空脱碳要求下，氢能驱动有潜力成为未来航空动力技术组合的主要部分；作为一项颠覆性创新，该技术的发展需要大量研发、投资和配套监管措施。

部分研究成果对氢能飞机可行性的评估表明，尽管这些飞机需要重大的技术发展和基础设施的革新，但它们有潜力成为短程和中程飞行的领先推进系统。然而，对于载客量超过250人，飞行距离超过10000千米的远程飞行而言，液态氢储罐的额外重量使得氢能成为不切实际的选择。在维持当前空中交通模式的前提下，除非对远程飞机进行革命性的先进设计，才能确保氢能是最好的选择，否则合成燃料似乎是通向脱碳道路的更好选择。

氢能是通航、中短程飞机的最佳推进燃料，合成燃料则为远程飞机的最佳推进燃料。从气候影响、飞机设计、飞机运行、机场基础设施、燃料供应链和成本等几个方面综合考虑，评估氢和合成燃料的因素。从经济角度来看，中短途航班采用氢能推进对减轻气候影响的效果可能会超过合成燃料。

由于航空业目前只测量二氧化碳排放量，氢能推进和直接空气捕获中得到的合成燃料都将确保航空业可以完全脱碳。尽管如此，对于通勤飞机到中程飞机，氢能推进仍然是比合成燃料更经济的选择。

氢在航空脱碳中的作用表明，到2050年，其减排潜力可能达到45%~50％。对于“有效脱碳”情景，从通勤飞机到短程飞机等子类以及50%的中程飞机都将被氢能飞机所取代，氢能飞机在首次投入使用后将作为最具成本效益的脱碳手段。按照典型的替换率，到2050年，40%的飞机将改用液氢；剩余飞机将使用合成燃料和/或生物燃料。对于“最大脱碳”情景，所有技术上可由氢动力替代的飞机将在最早投入使用日期进行替换。在这种情况下，按照标准的替换率，到2050年，60%的飞机将改用液氢，而剩下的飞机将使用合成燃料和/或生物燃料。基于上述情景，估算出氢能航空未来潜在的CO2当量减排量。采用不同推进技术进行估计，完全的CO2当量影响,2050年c02当量总排放量约27亿吨，“有效脱碳”情景将使排放量预计减少18亿吨。该降低幅度比基准方案的预期降低幅度大45％。在基准方案下，仅对飞机进行了有效改进。在“最大脱碳”情景下，CO2当量排放量将减少约30亿吨，与传统飞机仅提高效率的基准情景相比减少了50%。在这两种情景中，欧盟和航空运输行动小组的碳减排目标都将实现。

提出的发展建议到2050年，氢能有可能成为推进系统的重要组成部分，并在航空脱碳中发挥关键作用。新颖而具有颠覆性的飞机、航空发动机和系统创新与氢技术相结合，有助于将飞行对全球变暖的影响降低50%~90%。此外，这些创新可以帮助实现欧盟绿色协议中制定的大幅减少航空排放的目标。为此，需要更进一步地开展研究、创新和开发活动，以开发潜在技术，将其集成到飞机上，并开发必要的基础设施。

一是立即启动氢推进技术研究的必要性。研究发现，氢作为一种主要的推进能源，可以用于燃料电池，在热（燃气涡轮）发动机中直接燃烧，也可以作为合成液体燃料的组成部分，并有望在2035年之前为短程飞机提供可行的动力。在短途飞行中，每人多花费不到18欧元，并对气候的影响降低50％~90％，在未来的飞机和推进技术组合中，氢能将发挥核心作用。

这种颠覆性创新需要大量的飞机研发、燃料电池技术和液氢罐的进一步开发，还需要对机队和氢基础设施以及相关法规和认证标准进行投资，以确保安全、可靠和经济的氢动力飞机能够飞上天空。行业专家预计，要取得这些重要的进展将需要10~15年的时间，因此研究需要立即开始。该研究估计，如果对研究与创新（R&I）投入足够的资金，第一架短程氢动力验证机有望在2028年被研发出来。

氢作为机载能源的技术挑战和独特特性使其最适合通勤，支线，短程和中程飞机。在未来几十年里，长途航空旅行很可能以液态碳氢燃料为基础；但是这些燃料也越来越需要可持续发展，其生产也将依赖于氢。据《氢动力航空》报告描述，需要采取以下政策行动：制定航空路线图，指导行业过渡。需要设定明确的目标，统一标准，协调基础设施建设，克服市场失灵，并鼓励先行者。大幅增加长期的R&I活动和资金。为技术发展带来法律和财务的确定性。长期的政策框架应该为该行业制定保障措施，包括如何衡量气候影响以及如何实施路线图。欧盟可以首先在其管辖范围内的通勤、支线和短程航班中实施，而后与国际合作伙伴一起将其扩展到中远程机型。

总而言之，氢能驱动在降低航空业对气候的影响和实现脱碳目标方面具有重大的、却被低估的潜力。为了挖掘这种潜力，我们必须全面开发和部署新技术。加速开发和创新，将航空领域和航空业转变为一个更加高效和脱碳的未来。

二是研究与创新技术路线图。R&I活动既为行业路线图和长期政策框架奠定了基础，也加速了氢能飞机相关技术研发进度。基于对氢能技术的可行性分析、关键的成本驱动因素、不确定性以及引入壁垒，可划分为四个领域：核心氢能组件的开发、氢能飞机系统的开发（包括新飞机设计）、明确基础设施壁垒以及建立治理框架。这些领域都要包含认证和标准化工作，提供明确指导，以此推动R&I，并且还需要民航认证机构参与。

关键研究活动可分为三个阶段：2020年至2028年：发展基础性技术，促使通勤飞机通过认证，实现支线和短程氢能飞机成功试飞，并制定路线图和基础工作体系，从安全到市场激活机制等方方面面提供保障。2028年至2035年：R&I活动应集中于扩大这些组件的规模，将其应用于中程飞机，并使其准备投入使用，同时也为氢能航空的再次发展做好准备，其中包括安全和高效的机场氢加注设施。2035年到2050年：必须为中型和可能的远航程开发概念机和首批原型机，包括新的革命性飞机设计以及用于大规模燃料供应和氢能快速加注新技术。