全球首架商業規模的氫動力飛機去年剛從英國起飛，不久還將有更多飛機加入這一行列。那麼，在航空業節能減排這一方面，這些飛機究竟能走多遠呢？隨著飛機順利離開跑道，整個團隊忍不住鬆了一口氣。這架六座的派珀M系列飛機此前在英國克蘭菲爾德機場的一座研發中心接受了整修，在美國加州的初創公司ZeroAvia與英國等地的合作夥伴們的共同努力下，成為了一架氫動力飛機。

2020年夏末的這次處女航進行得十分順利，標誌著ZeroAvia公司已經做好準備，即將向實現零碳航空的下一步進發。

HyFlyer I飛機只有六個座位，但下一代飛機的載客量將增至20人

如果要用一個詞來概括向低碳或零碳經濟的過渡，那便是“一切皆電”。也就是說，從製造業到施工業、從交通業到旅遊業，全世界的一切人類活動都靠利用風能、太陽能或核能等低碳或零碳能源產生的電能運作。但目前還存在一個問題：部分領域在中短期內都難以實現電氣化，而航空業堪稱其中最難攻克的一關。

在疫情爆發前，商業航空的二氧化碳排放量約佔全球總量的2.5%。這個比例看似很小，但已經超過了整個德國的排放量（2.2%）。在航空業的有效輻射強迫（即對實際導致全球平均氣溫上升的因素造成的影響）中，二氧化碳也占到了一半。除此之外，飛機排出的水蒸氣尾氣造成的影響也不容小覷。

好在商業航空一直在努力提高能量效率。由於飛機引擎和操作技術的改進，自1990年來，平均每位乘客相關的二氧化碳排放量已經降低了50%以上。但壞消息是，由於航空業業務量激增，抵消掉了這些成就。過去五年來，航空業乘客數量增加了至少五分之一。等到2050年，每年乘客數量預計將達到100億。

乍看之下，氫似乎是個很好的解決方案。無論使用氫來支持燃料電池、還是直接燃燒產生動力，產物都只有水。並且在飛行場景下，每單位質量的氫包含的能量高達傳統噴氣機燃料的三倍以上，比鋰離子電池更是高出百倍之多。

政府與企業都正在這方面進行投資。ZeroAvia公司2020年研發的氫動力飛機HyFlyer I就得到了英國政府的資助。英國政府的零排放飛行理事會承諾，“將專注於實現可持續的航空燃料，以及加速零排放飛機的設計、製造與商業運營”。

在英國政府、私人投資者與商業合作夥伴的共同支持下，ZeroAvia公司正在開發一款能夠攜帶20名乘客、飛行距離約350海裡（約合648公里）的氫電（燃料電池）飛機。ZeroAvia的創立者及董事長瓦爾•米夫塔克霍夫表示，該公司計劃最早於2023年開始提供採用此類飛機的商業飛行業務，並且等到2026年，飛機航程將達到500海里以上，載客量也將達到80人。不僅如此，“等到2030年，我們還將造出有100個座位的單過道飛機。”

歐洲大陸對此也是野心勃勃。全球最大的飛機製造商空客公司首席技術官格拉齊亞•瓦塔蒂尼指出：“氫是最具潛力的技術板塊之一，既能繼續滿足人類對移動能力的基本需求，又能更好地與環境和諧共存。”2020年9月，空客宣布將把氫燃料推進系統作為新一代零排放商業飛機的核心。這項名叫ZeroE（零排放）的項目如今是歐盟數十億歐元綠色經濟刺激計劃的旗艦項目。

空客公司計劃在2035年前，將三架氫動力概念機投入運營

空客已經發布了三架概念機，準備於2035年進行部署。首先是一架螺旋槳飛機，可搭載約100名乘客，航程約為1000海裡（約合1850公里）。其次是一架噴氣式飛機，可搭載200名乘客，航程也是前者的兩倍。這兩架飛機的外觀都與現有飛機很類似，但第三架概念機則充滿了未來感，採用翼身融合式設計，與當今的商業飛機大相徑庭。空客表示，這架飛機的載客量和續航距離都超過前兩架飛機，不過目前暫未公佈更多細節。這三架都屬於氫混合動力飛機，既採用以液氫為燃料的燃氣渦輪引擎，又通過氫燃料電池產生電能。

ZeroAvia與空客的研發工作引起了很多人的興趣，但並非所有航空業人士都相信，氫將在向低碳或零碳飛行的過渡中發揮主要作用。

首先，氫在物理和化學方面具有弱勢。氫的單位質量能量雖然比噴氣機燃料要高，但如果按單位體積來算，就不如後者了。這是因為氫在普通氣壓和溫度下以氣態存在，而氣體必須被壓縮、或通過冷卻至零下253攝氏度轉化為液體，才能保證足夠的存儲量。“壓縮氫氣或液氫的儲罐既複雜又沉重。”前勞斯萊斯飛機引擎設計師、可持續航空探索平台Green Sky Thinking創始人芬利•阿什爾指出。

除此之外還有其它挑戰。液氫的能量密度只有航空煤油的四分之一左右，這意味著，要想提供同樣的能量，液氫所需的儲罐體積將是航空煤油的四倍。這樣一來，飛機要么減少載客空間、給儲罐騰地方，要么增加體積。空客的前兩架概念機採用的便是第一種方案，這將造成機票收入減少，但其它都保持不變。第三架概念機採用的則是第二種方案，這需要更大的機身，而更大的機身就意味著更大的拖曳力。此外，機場還需要搭建全新的基礎設施，用於氫的運輸和儲存。

另外還有一個問題：氫能否實現大規模生產？是否能在不產生大量碳足蹟的前提下保證價格競爭力？如今工業中使用的絕大多數氫都是用化石燃料甲烷生產的，過程中會產生二氧化碳。氫也可以藉助可再生能源、通過水的電解反應生成，但這一過程目前成本很高，並且十分耗能，如今只有約1%的氫是通過這種方法生產的。

就目前來看，液氫的成本超過傳統航空煤油的四倍。在接下來幾十年間，隨著基礎設施規模增加、效率提高，液氫的價格會有所下降。但據英國皇家學會與管理諮詢集團麥肯錫表示，就今後幾十年而言，液氫的價格仍將至少高達化石燃料的兩倍。

考慮到這些因素，再加上其它一些原因，部分航空業巨頭的腳步有所遲疑。空客的主要對手波音公司的環境策略總監肖恩•紐森最近表示：“我們認為，氫推進系統所需的技術和元素還需要再過一段時間才能……用於商業用途。”此外，英國政府的關鍵顧問團隊之一對此也抱有疑慮。英國氣候變化委員會的戴維•喬菲指出：“要想直接使用氫能，還需數十年時間進行過渡。”

那麼，我們還有哪些替代方案呢？2020年9月，航空交通行動組織（ATAG）發布了一組場景模擬，提出即使航空客運量繼續增加，全球航空業也有可能做到二氧化碳零排放，只不過要到2060年後才能實現。根據這些場景，直接用氫只是“小打小鬧”，真正改變形勢的還是所謂的“可持續航空燃料”。

這個籠統的詞彙包含了一系列產品，比如生物燃料，其產生的二氧化碳淨排放、以及與傳統航空燃料相關的其它污染物水平都很低。可持續航空燃料的支持者指出，與純氫相比，它們具有很多顯而易見的優勢。由於它們在化學組成上與現有的航空燃料完全相同，因此幾乎不需要重新設計、不需要投入時間、也不需要氫動力飛機所需的大量附加投資，便可用於現有系統中。勞斯萊斯首席技術官保羅•斯坦稱，可持續航空燃料是實現可持續未來的關鍵所在。“等到2050年，航空業每年需要的燃料將多達5億噸。如果可持續航空燃料能實現規模化生產，我們將對地球做出巨大貢獻。”

可持續航空燃料可分為兩類。一是通過對農業廢棄物等生物質進行化學處理或熱處理產生的生物燃料，二是所謂的“電燃料”。借助這些燃料，氫終將在航空業中發揮關鍵作用。

電燃料通過氫與二氧化碳反應產生，產物名叫“合成氣”。接著，這些合成氣通過“費托工藝”轉化為“電原油”，可作為原油替代品，提純加工成為航空煤油及其它燃料。假如各生產階段所需的大量能量都來自零碳能源，那麼整個過程便可實現碳平衡，即在生產這些燃料後，大氣中的二氧化碳沒有增加。

位於奧斯陸的Norsk e-Fuel公司利用瑞士公司Climeworks研發的空氣直接捕捉技術收集二氧化碳，又藉助可再生能源電解水產生氫氣。該公司計劃於2023年在挪威開設全球首家電燃料工廠，每年為挪威和歐洲市場生產1千萬升燃料。等到2026年，生產目標將達到每年1億升。該公司總經理卡爾•霍普梅爾指出，一家全規模運作的工廠可以為挪威國內使用最頻繁的五條航線提供一半的燃料，將排放量減少一半。

就目前而言，有一件事是幾乎可以肯定的：在接下來數年、乃至數十年間，氫和電燃料的成本仍將遠遠高於傳統航空燃料，導致它們在航空業“綠色化”中的作用受到限制，除非航空業其它成本的權重發生變化。環保人士利奧•穆里指出，使用傳統燃料的航空業務必須將其對環境的破壞體現在價格中。這樣做儘管會導致機票價格上漲，但可以舍小利而保全球。（葉子）