氢能航空的关键技术与挑战

■ 张扬军 彭杰 钱煜平 / 清华大学 索建秦 / 西北工业大学 明平文 / 同济大学温泉 王爱峰 姚轩宇 / 中国航发研究院

航空业的快速增长使其成为未来交通运输领域温室气体排放的主要来源之一，对气候和环境的影响越来越显著。与此同时，氢能航空被认为是航空业未来实现污染物零排放和可持续发展的关键。虽然氢能具有绿色环保、能量密度高等优点，但发展氢能航空还需要突破氢燃烧、氢燃料加注和储存等一系列关键技术瓶颈。

根据国际民航组织（ICAO）的预测，基于现有传统航空技术的进步，航空业可持续发展以及2050年碳排放量减少至2005年50%的目标将无法实现[1]（如图1所示）。因此，发展可持续航空技术，开发包括太阳能、生物燃料和氢燃料等石化燃料以外的替代能源，将成为航空业实现碳减排目标的重要任务之一。

相关研究显示，氢燃料的能量密度约为120MJ/kg，是标准航空燃料的3倍。航空业使用氢能源不但可以实现二氧化碳零排放，同时还能有效减少其他污染物的排放量，具有非常明显的优势。因此，发展氢能航空技术是航空运输业实现碳中和的主要途径，将成为航空技术的重要发展趋势。

近年来，美国、日本和欧洲等发达国家和地区纷纷加大氢能研发的投入，重点支持乘用车、加氢站、公共汽车、电解水制氢装置、中重型运输（包括中型到大型乘用车、商用车、重载卡车、火车、海运、航空）等领域。未来氢能在航空业要完全替代传统石化燃料还须面临动力推进系统、机载氢燃料储存、机场基础设施建设以及氢燃料生产等一系列关键技术的挑战和突破。……