航空業需要迅速針對其運營過程中的碳排放采取行動。2008年，航空業領導人承諾到2050年將二氧化碳排放量減少至2005年水平的一半。現在有些人甚至在談論無碳飛行。更好的飛機、機場和運營很重要，但絕不足以實現這些目標。這種巨大變化的基礎必須建立在從化石燃料轉向低碳或無碳能源的基礎上。其技術和基礎設施必須能夠為長途飛行的單通道和雙通道客機提供動力，因為它們對航空 CO2 的 90% 以上負有責任。這種能量和使用它的飛機必須在2050年之前被廣泛部署。

作者：Alan H. Epstein

編譯：Fangyuan

而降低航空業碳排放面臨諸多挑戰。其中包括新能源的來源及儲存。儲能單元可以是儲存在電池中的電能，也可以是儲存在儲罐中的液體燃料。在過去十年中，電池動力已經進行了大量研究，人們普遍認為，電池電源現在和今后都無法為大型客機提供動力。因此液體燃料成為幾乎唯一選項。

可再生替代航空燃料（SAJF）是合成碳氫化合物，與現有飛機和燃油分配系統兼容。有幾種可再生替代燃料已經經過認證，并投入有限應用場景中。他們的制造工藝各不相同，原料包括可持續農業、廢物，甚至電力、水和空氣（電燃料）。CO2 收益和成本方面最有利的流程可能因地理位置而異。

最近，將氫（H2）作為航空燃料來徹底解決航空也碳排放問題的呼聲日益高漲。而作者認為這是應對對航空業碳排放挑戰一個不成熟的方案。今天的氫氣的制造幾乎全部來源于天然氣或煤，被稱為灰氫，因此它一點也不環保。對H2的熱情很多都假定它將利用用多余的新能源電力通過電解水來產生，也稱為綠氫。然而他們忽視的一點是航空燃料消耗能源的占比，以2019年為例，航空燃料消耗的能源相當于全球電力的14%左右，因此制造航空燃料需要的氫氣需要大量的新能源電力。

航空燃料需要液態氫（LH2）。以目前的技術，用電力生產和液化氫氣的成本約為投入能源的50%。液氫的制取、運輸需要龐大的基礎設施，并將將耗資數萬億美元。因而這不會是廉價的燃料。此外，現有的機隊將需要為客機更換可以將液氫作為燃料的航空發動機。這是世界在應對氣候變化方面能夠做出最明智的投資嗎？

此外，液氫在飛機當中的存儲也存在挑戰。由于液氫必須保持在 -240°C （-400°F）的環境下存儲，熱損管控非常重要，需要高度絕緣的球形或緊湊型圓柱體儲罐。因此存儲液氫需的燃料箱比普通航空燃油的燃料箱大三倍，進而顯著增加飛機體積和阻力。

在過去的研究中，液氫儲藏罐通常放置在機身前方、后面、甚至在機艙上方。從安全角度來看，攜帶數千加侖超冷、高度易燃液氫的客機是不可接受的。如何達到客機的設計安全要求將是一個重大挑戰。

相比于以上挑戰，設計以液氫作為燃料的航空發動機更容易實現，現有的航空發動機經過簡單的改造可以將液氫作為燃料。此外，對單通道、雙通道客機而言，目前燃料電池的功率、能量密度、及效率都不及現有發動機相關指標。因此，氫燃料電池在商用客機上的應用并不被產業同資本看好。然而氫燃料電池可能會在通用航空的應用中占有一席之地，但同時也將面臨可再生替代燃料及電池的競爭。

總體而言，將氫作為航空動力的愿景與不遠將來的2050年需求并不一致。打造一個全球的、滿足航空產業需求的氫氣供應鏈需要耗時幾十年并耗資數萬億美元。在可見的未來，將投資更多的用于可再生替代航空燃料（SAJF）技術會是一個更好的選擇。至于氫氣在航空領域的應用，讓我們把它留給飛艇吧。