瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）的最新研究表明，到2045 年，航程750 英里內的幾乎所有航空旅行都可以使用氫動力飛機。此外，透過目前正在開發的新型熱交換器，這一範圍可能會更遠。

液氫所需的油箱容積比現在的航空煤油大，但同時重量更輕，每公斤燃料所含的能量也更多。資料來源：克蘭菲爾德大學

“如果一切順利，氫氣飛行的商業化現在就可以快速實現。”查爾姆斯理工大學教授、查爾姆斯理工大學TechForH2* 能力中心主任Tomas Grönstedt 說：”早在2028 年，瑞典的第一架商業氫氣航班就可以起飛了。

在查爾姆斯風洞中，研究人員在尖端設備中測試氣流條件，可以看到這些技術進步。在這裡，正在開發更節能的發動機，為重型車輛安全且高效的氫氣飛行鋪平道路。

根據新概念開發的帶有廢氣預熱器的熱交換器。資料來源：吉凱恩宇航公司

中短程氫動力航班最接近實現。查爾姆斯公司（Chalmers）最近發表的一份研究報告顯示，到2045年，氫動力航班有可能滿足97%的北歐國內航線和58%的北歐客運量的需求。

在這項研究中，研究人員假定最大飛行距離為750 英里，並使用一種為氫動力改裝的現有飛機模型。這項研究由格倫斯泰特研究小組的博士生剋里斯蒂安-斯文森（Christian Svensson）領導，也展示了一種新型燃料箱，可以容納足夠的燃料，隔熱性能足以容納超低溫液態氫，同時比現在的化石燃料箱系統更輕。

瑞典查爾姆斯理工大學教授兼TechForH2 能力中心主任Tomas Grönstedt。圖片來源：查爾默斯理工大學| Mia Halleröd Palmgren

氫和氫飛行：

• 氫氣（H2）是一種看不見、聞不到的揮發性氣體，在攝氏零下250 度（開爾文20 度）時液化。
• 如果氫氣是利用再生能源生產的，就不會排放二氧化碳。這就是所謂的”綠色氫氣”。
• 氫氣飛行可以使用燃料電池（透過催化作用將氫氣轉化為電能）或噴射發動機（氫氣在燃氣渦輪機中燃燒）提供動力。
• 氫氣每公斤所含的能量比現在的煤油高，而且燃燒後的殘餘產物主要是水蒸氣。
• 這種氣體與空氣混合後極易燃燒，因此必須使用高效能感測器。
• 在工業領域，氫氣目前被用於生產無化石鋼鐵等產品。

創新熱交換器開發

熱交換器是氫氣航空的重要組成部分，也是當前技術進步的關鍵部分。為了保持燃料系統的輕量化，氫氣需要以液態形式存在。這意味著氫氣在飛機內保持超低溫，通常在攝氏零下250 度左右。透過從噴射發動機的高溫排氣中回收熱量，並在戰略位置冷卻發動機，可以提高效率。為了在過冷氫氣和引擎之間傳遞熱量，需要使用新型熱交換器。

為了應對這項挑戰，查爾姆斯公司的研究人員幾年來一直致力於開發一種全新的熱交換器。該技術利用氫氣的低儲存溫度冷卻引擎零件，然後利用廢氣中的餘熱在燃料注入燃燒室之前預熱幾百度。

Carlos Xisto，查爾姆斯理工大學機械與海洋科學系流體力學部副教授。資料來源：Sören Håkanlind

“燃料溫度每升高一度，都會降低能耗，增加航程。我們能夠證明，配備了新型熱交換器的中短途飛機可將燃料消耗降低近8%。考慮到飛機發動機是一項成熟而完善的技術，這對於一個部件來說是一個非常好的結果，」該研究的作者之一、查爾默斯大學流體力學系副教授卡洛斯-西斯托（Carlos Xisto）說。

研究人員也指出，經過進一步優化，這種熱交換器技術在一般空中巴士A320 商用飛機上的應用可將航程提高10%，或相當於哥德堡-柏林航線（約450 英里）的航程。

瑞典查爾姆斯理工大學教授兼TechForH2 能力中心主任Tomas Grönstedt。資料來源：查爾默斯理工大學| Anna-Lena Lundqvist

合作努力與產業前景

在政府、大學和私人企業的共同努力下，為未來氫航空開發解決方案的工作正在廣泛開展。在瑞典，創新集群瑞典氫能發展中心（SHDC）匯集了包括產業領導者和學術界專家在內的主要參與者。在最近的瑞典氫能發展中心研討會上，來自查爾姆斯大學的研究人員介紹了他們的工作，幾家商業公司也證實了未來幾年在氫能飛行方面的重大投資。雖然該技術已經非常先進，但面臨的挑戰在於所需的巨額投資，以及發展基礎設施、商業模式和合作夥伴關係，以便能夠生產、運輸和儲存氫氣，從而實現向氫飛行的過渡。整個過渡過程預計每年需要約1 億噸綠色氫氣。

「業界預計，到2050 年，全球30% 至40% 的航空燃料將由氫氣提供。在未來若干年內，我們可能需要混合使用電力、對環境危害較小的電子噴射燃料和氫氣的飛機。但是，每一架使用再生能源氫燃料的飛機都能減少二氧化碳的排放，」格倫斯泰特說。

TechForH2 擁有迎接氫能挑戰的良好條件，該能力中心的預算為1.62 億瑞典克朗（相當於1550 萬美元），可以為氫能與重型運輸之間的多個不同研究領域的發展做出貢獻。

編譯自/ ScitechDaily