空中客车英国零排放发展中心内部

实现净零是全球跨部门的努力。但很少有行业比民航面临更大的挑战。该行业领先的咨询公司国际航空业协会预测，2022年航空业的二氧化碳排放量将达到8亿吨，比2021年高出36%，并预测2023年的排放量将达到2019年大流行前9.16亿吨的峰值。

该行业的所有主要参与者都意识到挑战的规模，并探索从可持续航空燃料(SAF)到氢技术应用等解决方案。

世界上最大的飞机制造商空中客车公司对未来的任务感到乐观，该公司有信心到2035年能够将其首架零排放商用飞机氢动力“ZEROe”投入使用。

为了测试实现这一目标所需的技术，空客零排放发展中心已在英国布里斯托尔的菲尔顿基地启动。菲尔顿ZEDC于今年早些时候成立，专注于为ZEROe开发具有成本竞争力的低温燃料系统。

菲尔顿的工作补充了欧洲现有空客zedc的工作。每个ZEDC都有一个重点——在法国、德国和西班牙，重点放在工业化方面，致力于低温液氢罐的结构技术。在英国，ZEDC专注于端到端燃料系统的认证路线。

“我们在空中客车飞机的机翼、燃油系统和起落架方面有着悠久的历史，”空中客车菲尔顿工厂负责人苏·帕特里奇(Sue Partridge)说，她是该公司探索设计和制造飞机机翼的新方法的明日之翼项目负责人。

她补充说，在菲尔顿开发“未来的氢气系统”的同时，机翼团队还需要将新的燃料系统集成到新的空气框架中，这对公司来说是非常积极的。

空中客车菲尔顿燃料管理领域副总裁克莱尔·史密斯(Claire Smith)表示:“你会看到航空脱碳的很多方面。”她解释说，SAF将在公司的脱碳路线图中发挥重要作用。“新飞机XLR正在进行飞行测试，并将于2024年投入使用，可能在20年内使用100%可持续航空燃料飞行。”

但当涉及到氢燃料时，就需要一种全新的飞机设计。首先，在存储方面存在一些明显的设计挑战。与煤油相比，液氢的体积密度要小得多，沸点为-252.8C，这意味着专门为液氢设计的绝缘良好的低温燃料箱对于保持燃料处于液态至关重要。

空客一直在探索ZEROe伞下的几个设计概念:涡轮风扇设计，可容纳120-200名乘客，航程2000海里以上;更小的涡轮螺旋桨设计，可容纳100名乘客，适合短途旅行;创新的混合翼体(BWB)设计，可容纳200名乘客。

氢燃料将储存在涡轮风扇和涡轮螺旋桨设计的后压力隔板后面的油箱中，而BWB概念由于其宽敞的内部空间，提供了多种存储选择。

在英国ZEDC，空客正在研究两种氢推进技术，一种是直接燃烧技术，另一种是燃料电池技术。根据未来几年所做的工作，预计将在本十年结束时宣布将选择的燃料系统的决定。

史密斯说:“燃料电池的发展及其对飞机航程的影响将是标准的一部分，从直接燃烧的角度来看，燃料电池的驱动技术也在发展中。工程师．

她指出，在系统层面，许多挑战都类似于处理低温技术，开发必要的换料基础设施，以及航空航天应用供应商的设备可用性。

“H2产品的设备都是全新的航空航天应用。这对其他行业来说并不新鲜，比如航天行业，但对这两种燃料系统来说，为航空航天应用认证这类技术是同样的挑战。”

她解释说，该中心正在从处理氢气开始。然后，随着对技术的理解和对供应景观设备开发的加强，空中客车将逐步测试系统的小部件，最终测试整个系统，然后将ZEROe推向市场。

这将通过今年启动的ZEROe飞行测试演示机计划实现，预计将在未来五年内进行全面飞行测试。为此，一架空客A380 MSN1测试飞机将被改造成“氢推进飞行实验室”，从而获得系统在真实、地面和飞行条件下如何工作的宝贵知识。

作为世界上最大的客机，A380非常适合测试氢技术的挑战。利用机舱内的额外空间，测试飞机将在尾端位置携带四个液氢罐。氢燃料发动机将沿着后机身安装。分配和调节系统将液氢转化为气态，并将其运送到燃气轮机进行燃烧推进。

除了确保氢的安全处理外，还需要在氢燃料系统中实施安全功能，以满足航空部门要求的严格法规，例如用于泄漏检测的传感技术。氢具有广泛的可燃性范围，可以在非常低的能量水平下点燃。

“空客将产品和员工的安全放在首位。这是主要的担忧，我们已经与英国的健康与安全执行局以及所有其他正在为空中客车开发氢系统的国家进行了对话，”史密斯说，并补充说，也正在与欧洲航空安全局就认证氢飞机所需的法规进行讨论。

“我们非常认真地对待这件事，我们正在做所有正确的事情。在设计方面，[内部]安全系数的水平超出了我们通常所做的，”史密斯补充道。

在ZEROe飞行测试的同时，空中客车公司还在美国启动了“蓝色秃鹰”项目，其中一架经过改装的arcusj滑翔机将在氢推进系统的驱动下在高空飞行。“蓝秃鹰”测试活动将于2022年底进行飞行，通过分析航迹特性，提供有关氢航空非二氧化碳排放(如氮氧化物)的关键知识。

虽然近年来人们对氢能飞机的兴趣飙升，但这一概念并不新鲜。早在1988年，图波列夫-155就创造了历史，成为世界上第一架使用液氢的飞机，在投入储存之前试飞了大约100次。但是，尽管氢能在航空领域的实验历史悠久，但很明显，缺乏基础设施和绿色氢的生产能力迄今为止阻碍了氢能的发展。

帕特里奇说:“当全球航空业完全基于煤油燃料时，就很难推出新的创新氢产品。”“考虑到周边的所有基础设施，将其推向市场是不可能的。对我来说，这可能是渐进式变化的一个障碍——它最终将是……全球层面上相当大的一步变化。”

空中客车公司已经与包括布里斯托尔机场、易捷航空、法国电力能源和布里斯托尔港在内的合作伙伴组成了一个财团——氢能西南公司，以应对这些挑战。

史密斯说:“很明显，英国目前还没有生产足够的绿色氢气，这是一个巨大的障碍。”

“我也是零喷气式飞机委员会零排放交付小组的成员，作为英国政府推动该政策的一部分，推动端到端基础设施的发展。

“氢是一个多部门产业，无论是住宅、汽车还是飞机，基础设施都需要以安全、规范和标准化的方式发展。因此，我们正在与不一定是航空业的组织建立合作关系，以确保这一点能够实现。”

尽管面临挑战，但空客似乎对行业正在获得的势头和解决这些问题的决心持乐观态度，不仅在英国，而且在世界各地。

“(净零排放)目标:是的，当然它们非常具有挑战性，但它们绝对必须如此，因为我们确实需要一场绝对的革命，”帕特里奇总结道。“在我的职位上，我与该公司所有的团队都有交流，但我们也与欧洲所有的空客团队保持着良好的联系，我想说这真的很吸引人，真的很激励人。我不认为人们发现这是一个压倒性的挑战，我认为他们认为这是一个真正伟大的车手，可以做出改变。

“今天，每当我们让一架新飞机投入使用，我们就会减少二氧化碳排放……例如，即使是提高我们非常高效的A320neo的现有产量，也会做出这些贡献。”我们需要关注这些短期目标，以及氢气的长期目标。”