在这场辩论中，氢作为一种可能的航空燃料正在获得巨大的吸 引力。虽然电池驱动飞机上有利于排放的目标，但氢可能会弥补电 池的不足(即主要是其重量)，并为缓解气候变化提供更大的潜 力。绿色氢气尤其如此，因为它是利用可再生电力(如太阳能或风 能)电解产生的，所以在生产和燃烧过程中不会排放任何二氧化 碳。在这方面，由 “清洁天空 2 ”研发团队和燃料电池与氢气联合 企业委托麦肯锡进行的一项研究发现，到 2035 年，可靠的氢燃料 飞机将是可行的。批项目正在启动——2020 年9 月 21 日，空客 宣布将在 2035 年前推出氢动力飞机。
欧盟还表示将支持航空部门对氢的开发。它于 2020 年 8 月 26日发布了一份呼吁，呼吁潜在成员国对未来欧洲清洁航空伙伴关系 感兴趣并提出想法。这种伙伴关系将采取由新地平线欧洲基金 (2021-2027)资助的相关领域参与者之间的联合体形式。这一伙 伴关系的预期成果之一是开发氢动力飞机。
与此同时，在客运或货运用全氢燃料飞机成为现实之前，仍有 许多挑战需要克服。下面，我们将概述飞机如何利用氢气提供动 力，其主要优点以及在下一代飞机上成功部署的剩余障碍。
氢似乎是零排放和无害感航空的解决方案，在 4 个主要领域正 在进行进一步的工作。
1、监管
一个强有力的液氢处理和加氢法律框架对于加速绿色氢在航空 中的进一步部署至关重要。监管障碍依然存在。飞机的所有部件都必须经过认证才能获准飞行。这意味着飞机内的所有新部件都必须经过欧盟航空安全局(EASA-European Union Aviation Safety Agency) 的审查，包括氢罐、氢涡轮、燃料电池等。因此，必须确保这些部件 的安全，不仅是单独的，而且是每个部件的相互作用以及与飞机其 他技术特征的相互关系。这是一个漫长的过程，需要从原型设计阶 段开始，并与技术研发同步进行。航空业正在等待新的监管举措，以建立一个强有力的液氢处理和加氢法律框架，处理各种安全问题，如新的推进系统。
2、技术
氢气可以通过三种可能的方式为飞机燃油系统提供动力：
⚫ 在燃料生产过程中，氢可以与二氧化碳一起成为一种元素；
⚫ 氢气可直接供给氢气涡轮机；
⚫ 氢气可以为燃料电池提供能源，为电机提供动力。
种选择是昂贵的，并且将继续产生大量温室气体(考虑到 所涉及的 CO2 元素)，这使得它在碳减排方面的价值值得怀疑。 这将使可持续航空燃料(SAF-Sustainable aviation fuels)仅适合作为过渡燃料。因此，研究的重点是第二和第三种选择，以及结合氢反应堆和燃料电池的中间解决方案。
在氢动力飞机中， 液态氢将储存在飞机中，然后在氢涡轮中燃 烧或在燃料电池中发生反应。这两种反应都会产生水蒸气(H2O) 作为副产品。终，电机由燃料电池或涡轮机提供动力。飞行过程 的其余部分与煤油的现状相似。唯一重要的区别是氢动力飞机不排 放任何二氧化碳。
Cyrogenic 发动机、燃料电池、 液态氢的储存和分配以及热挑 战的管理都是技术成熟的领域，其中许多领域已经在进行中，需要 大量投资才能在这十年内使液态氢飞机的飞行技术成熟。
3、研究
航空用氢的开发可以进一步支持其他行业的脱碳，例如加速燃 料电池、储存设施和其他系统的研究。它还可能促进下游的氢气生 产基础设施，并有助于降低电解槽的价格。
⚫ 在飞机上，重量是一个关键特征。氢的能量密度很高，它很轻，与氧气燃烧产生大量能量。这意味着它比其他燃料/储能装 置每单位重量携带更多的能量。与使用储存在电池中的电相比，这 是一个关键优势。与电池所产生的能量相比，电池目前很重。因此，用电池为长途飞行提供动力目前还不可行，而以燃料电池的形式使用氢可以解决这个问题。
⚫ 氢可以暂时储存电能，因为它既可以通过电(电解)产生，也可以通过(再)发电(燃料电池)产生。这进一步加强了其支持减少长途飞行温室气体排放的能力。
⚫ 氢气在燃烧过程中不会释放二氧化碳。此外，可再生能源产生的“绿色”氢气在生产过程中也不会产生二氧化碳。相反，氢释放出的水(H2O)比二氧化碳对气候的影响要小得多。研究估计，氢可以帮助航空业减少 50%到90%的气候影响。
⚫ 氢气燃烧不会产生 CO2，但会产生水蒸气(H2O)和 NOx
(氮氧化物)，尤其是在高海拔地区。就水而言，我们知道它对环 境的影响不如二氧化碳那么重要。尽管如此，它仍然会影响环境， 包括通过放大温室气体的变暖效应，尽管需要进一步的研究来了解确切的影响。至于氢的 NOx 生成，这可能会增加臭氧，并与 CO2一样有害。然而，研究表明，可以减少产生的 NOx 量，以保证氢 气技术的安全。
4、制氢
许多挑战仍然存在，例如氢气的充足供应及其安全储存。
氢有可能促进航空业的进一步发展，并有助于减少其对气候的影 响。然而，氢动力飞机的实际应用并非没有挑战：
氢气供应挑战
定期操作氢动力飞机需要充足稳定的氢气供应。正如已经强调 的那样，绿色氢气是通过可再生电力产生的。然而，目前的可再生能源供应还不够。因此，有必要大力发展可再生电力设施(如太阳 能或风能)。如果没有这样的增长，航空业可能不得不为其新型生态飞机提供灰色氢气，使用天然气生产，从而产生二氧化碳。这将大大削弱氢技术可能对气候变化产生的积极影响。
尽管存在这些供应挑战，但降低绿色氢气的高生产成本至关重要，包括扩大生产设施，降低技术成本，并在必要时提供量身定制的充分政府支持。绿色氢的生产成本目前估计在 3-7 欧元/千克之 间，而灰色氢的生产成本为 1.5 欧元/千克， 煤油的生产成本为 0.5 欧元/千克。
存储挑战
一旦产生氢气，必须将其运输/管道输送至机场，可能储存在 机场，注入飞机储罐，然后在飞行期间储存，并运输至反应堆或燃料电池。所有这些步骤都带来了新的挑战。
氢是一种小分子，容易以气体的形式泄漏，有时可能到达其存 在可能危险的地方。因此，更容易运输和储存液态氢。然而，这需要在整个过程中“低温”冷却至-253°C，以避免蒸发。这意味着储罐 将是大而重的，因此飞机的重量必须减少。这也意味着氢动力飞机 更适合取代通勤飞机、支线飞机、短程或中程飞机，而不是长途国际航班。
此外，目前设计的机翼(煤油所在位置)太薄，无法容纳重型氢罐。因此，必须重新考虑飞机的结构和设计。此时可能的选择是将氢罐放置在飞机上部、机身顶部或飞机尾部。
结论
航空中经常使用氢气的挑战不容忽视，但也并非不可逾越。鉴于氢对气候变化的积极影响，它有可能成为未来推进技术的一部分。甚至可以预期， 架支线飞机将在 10 至 15 年内投入商业使用。与此同时，需要大量的研发、投资和稳定的监管和法律框架， 来控制一些氢的不利性质。
在这方面，欧洲联盟似乎愿意支持其商业部署。它正在地平线 欧洲计划的框架内为研发提供潜在资金。随着清洁氢气和清洁航空的出现，欧洲已经进行了大量投资，现在英国航空航天技术研究所 将于 2021 年至 2022 年提供大量资金，以推进该技术的发展。
通过现在的行动，下一代更加环保、高效和氢动力的飞机可以 在 21 世纪 30 年代投入使用。与此同时，应鼓励更多可持续的燃料 来源，如可持续航空燃料 (SAF) 混合煤油，以尽快减少二氧化碳 排放。
