氢燃料飞机：能否彻底颠覆航空工业，引发一场前所未有的绿色革命
在全球日益关注碳排放问题的背景下，航空行业面临着前所未有的减碳压力。每一次长途飞行，不仅消耗大量的航空燃油，还向大气中释放了大量二氧化碳和氮氧化物。因此，航空界开始探索“绿色替代燃料”，其中氢燃料飞机成为了航空业绿色革命的一个焦点。
那么问题是：氢燃料飞机真的靠谱吗？它能真正取代传统的喷气飞机吗？
目前，航空运输大约占全球碳排放的2.5%至3%，随着全球航空交通量的逐年增加，这一比例还在迅速攀升。尽管其他行业，如汽车和电力，已经在逐步实现低碳化，但航空业由于其对能源密度、动力可靠性和安全性的高度要求，一直被认为是最难实现碳中和的行业之一。此时，氢能源作为一种“零碳燃料”应运而生，成为了减碳的希望之光。
目前，氢燃料飞机的研发主要集中在两种技术路线。第一种是直接将液态氢作为“新型航空燃料”进行燃烧，替代传统的航空煤油。技术上与现有喷气发动机相似，只是燃烧的燃料从煤油改成了氢气。这种方案的优点在于，它可以与现有的喷气发动机技术较为容易地兼容，动力强劲，适合用于远程大型客机。像空客公司所提出的“ZEROe”概念机，就采用了这种氢燃料发动机。
第二种方案则更为“清洁”一些，它将氢注入燃料电池，产生电能后驱动电动螺旋桨推进器。虽然这种方案本质上是一种电动飞机，但其能源并不是传统的电池，而是通过氢气生成电力。这种方式的优点是飞行过程中不会排放任何碳，只排放水蒸气，因此更加环保且安静。但其局限性也很明显，目前推力较为有限，仅适用于小型飞机或短途航线。ZeroAvia、Universal Hydrogen以及德国的H2FLY等公司，正致力于推进小型飞机的氢燃料电池商业化。
氢燃料的核心优势主要体现在以下几个方面：不论是通过燃烧氢气还是通过燃料电池发电，最终排放的废气几乎全部是水蒸气，实现了“碳零排放”。此外，氢的单位质量能量为120 MJ/kg，几乎是汽油的三倍，因此从“轻量化”角度来看，氢是非常优质的航空燃料。与电池相比（由于其能量密度远远不足），氢能源更适合支撑远程航线，尤其适合用于大型洲际飞机。
尽管氢燃料飞机具有显著的优势，但目前仍面临不少挑战：首先，尽管氢的单位质量能量很高，但其体积能量密度相对较低。即使是液态氢（需要在-253°C的低温下储存），它的能量密度仍然远低于航空煤油，需要占用更大的油箱空间，这对飞机的设计和布局提出了更高的要求。其次，由于液态氢必须在极低温下储存，因此航空地勤系统和飞机本身需要非常复杂的绝热技术，这无疑大幅增加了成本和技术门槛。此外，公众对于氢气的“易燃易爆”特性仍存在心理阴影，尤其是考虑到早年“兴登堡号飞艇爆炸”的历史。虽然现代氢技术已经有了显著的进步，但在市场上取得广泛认可仍然需要一段时间。
另外，氢气的基础设施建设也是一大瓶颈。目前，氢气加注站、液氢生产厂和航空站储氢设施几乎完全缺失，要实现大规模的氢燃料飞机运营，航空产业链需要进行彻底的重组和更新。
尽管面临诸多挑战，全球已有数家企业在实际飞行方面迈出了重要步伐：ZeroAvia公司在2023年初成功完成了搭载6人座氢燃料电池飞机的短途试飞；空客公司计划在2035年前推出其“ZEROe”氢动力原型机；德国的H2FLY则已完成其氢燃料小型飞机在阿尔卑斯山的高空飞行测试。
业内普遍认为，短途氢燃料飞机有望在2030年前后实现商用，而大型洲际氢燃料客机则可能要到2040年以后才有可能普及。在此之前，可能会出现一个“多元动力并存”的过渡时期：短途航线使用氢或电动飞机，中远程航线仍依赖传统航空燃油或可持续航空燃料（SAF）。
随着可再生能源价格的下降，“绿氢”——由太阳能或风电分解水产生的氢气，预计将逐渐取代“灰氢”，从而实现航空业的碳中和。
氢燃料飞机不仅代表了科技的突破，更是应对气候变化的时代选择。尽管全面普及仍面临技术和成本的障碍，但从发展趋势来看，氢燃料飞机正逐步走向可行的未来。历史上，每次能源革命都伴随着疑虑与挑战，而如今的氢燃料飞机，或许正是人类迈向碳中和的关键一步。
