低溫壓縮氫:讓氫動力飛機航程比液態氫增加40%
ZeroAvia 正與舊金山新創公司Verne 合作,為清潔航空領域帶來一種能量密度更高的氫。與低溫液態氫相比,低溫壓縮氫氣可降低成本、加速燃料添加速度,並使飛行距離增加40%。
氫氣是相當麻煩的燃料,它很難儲存和運輸,需要超低溫或高能耗的壓縮才能將其轉化為有用的體積。製造氫氣的能源效率很低,而且本身也沒有配送網路。
但如果想讓航空業徹底脫碳,目前它是唯一可選的燃料。它所攜帶的能量可能不如噴射燃料,但與鋰電池相比,它能大幅提升能量密度。因此,像ZeroAvia 這樣的公司正在日以繼夜地工作,以便對其在商用飛機上的使用進行測試和驗證。氣態氫燃料電池的試飛已在順利進行,甚至在小型客機上也已開始,去年還首次實現了以液態氫為燃料的載人飛行。
現在,ZeroAvia 希望將第三種形式的氫燃料帶入人們的視野,這種燃料能夠攜帶更多能量。
低溫壓縮氫(CcH2)的概念已經存在了25 年。十多年前,寶馬公司為乘用車開發了低溫壓縮氫(CcH2)系統原型,而Cryomotive 公司則是目前希望將低溫壓縮氫(CcH2)技術應用於長途卡車運輸的眾多公司之一,該公司承諾,低溫壓縮氫(CcH2)是一種零排放燃料,每公斤可儲存超過3000 瓦時,具有柴油的續航力和快速加油時間。
那麼它到底是什麼呢?CcH2 有效地將用於液化氫氣的低溫冷卻與用於儲存氣態氫氣的部分壓縮技術相結合。液態氫在環境壓力下需要低於20 K (-253 °C/-423 °F)的溫度,而氣態氫在環境溫度下往往需要壓縮到700 bar 的範圍。
假設將氫氣保持在20 K,然後壓縮到240 bar。根據Langmi 等人的研究,氫氣的容積儲存量將從70 克/公升增加到87 克/公升。但同時也大大減少,甚至有可能幾乎消除液態氫儲存中特有的沸騰損失。此外還可以以液體轉移的速度加註氫氣,而無需在每個加氣站安裝價值數百萬美元的壓縮機設備。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)和凡爾納的代表與凡爾納的CcH2 儲存系統合影,該系統可按比例安裝在半拖車上使用。
正如《複合材料世界》所解釋的那樣,使用時還可以使用更輕的儲罐,或者用更便宜的材料製造儲罐,因為不需要處理700 巴的壓力水平,也不需要在載具內提供主動冷卻,隔熱油箱可以自行保持低溫,因為每次使用燃料時,剩餘的燃料都會膨脹到油箱中,熱力學原理有助於降低溫度。
ZeroAvia 與Verne 簽署諒解備忘錄後,Verne 公司去年與勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Labs)合作,展示了一個在未公開的壓力和溫度水平下運行的CcH2 系統,該系統能夠比同等規模的液態氫系統多儲存27% 的氫氣。
Verne 公司相信,其CcH2 技術的可用氫密度”比液氫高出40%”,目前正與ZeroAvia 公司合作,”共同評估”CcH2 在航空領域的應用機會,並對機場快速加氫所需的地面基礎設施進行調查。
在《複合材料世界》的一次採訪中,Cryomotive 的托比亞斯-布魯納(Tobias Brunner)解釋說,他的公司認為其CcH2 儲存技術”非常適合航空業”–但僅限於小型飛機,因為一旦你使用容納數百或數千公斤燃料的大型油箱,液氫就會在系統層面重新成為更輕的解決方案。