經(jīng)過百年發(fā)展,人們往往認(rèn)為航空動力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)相對完善。面向未來,我們的目標(biāo)是更低排放、更綠色的出行,航空業(yè)依然存在相當(dāng)大的進(jìn)步空間。
今天,我們就來聊聊兩項能夠幫助航空業(yè)降低排放的技術(shù)——這兩項技術(shù)正在迅速發(fā)展,將引領(lǐng)航空業(yè)向著零排放的目標(biāo)跨進(jìn)一大步。
作為負(fù)責(zé)零排放業(yè)務(wù)的霍尼韋爾航空航天集團(tuán)高級工程總監(jiān),菲爾·羅賓森(Phil Robinson )從1980年代初期便開始在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域創(chuàng)業(yè),21世紀(jì)初進(jìn)入燃料電池領(lǐng)域。他所供職的創(chuàng)業(yè)公司經(jīng)歷了收購、拆分等,已經(jīng)成為了霍尼韋爾航空航天業(yè)務(wù)的一部分。
而另一位霍尼韋爾航空航天集團(tuán)高級商業(yè)拓展總監(jiān)泰勒·阿爾伯施塔特(Taylor Alberstadt)是我們下一期嘉賓,他專注于電力推進(jìn)和混合動力推進(jìn)領(lǐng)域。
什么是燃料電池?其工作原理是什么?
傳統(tǒng)意義上的發(fā)電機(jī)需要燃燒汽油或其他燃料來發(fā)電和產(chǎn)熱,與此同時,還會造成煙氣排放。燃料電池則不是直接燃燒氫氣,而是利用空氣中的氧氣與之進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電能。這個過程不會產(chǎn)生大量噪聲,也不會產(chǎn)生大量的熱。同時,電化學(xué)反應(yīng)不會造成煙氣排放,而是會生成水。這也是燃料電池受青睞的原因。
燃料電池與電池一樣嗎?
答案是否定的,燃料電池并不儲存任何能量,這也是為什么我們用發(fā)電機(jī)來進(jìn)行類比——只要不停地給燃料電池供氫氣,它就能不停地發(fā)電。因此,燃料電池能產(chǎn)生多少電力,主要取決于氫氣罐有多大。
其實(shí),燃料電池并不是新世紀(jì)的新發(fā)明,早在“阿波羅”號時期,宇宙飛船就由燃料電池提供動力。
最近,我們在中國和歐洲國家看到了由燃料電池驅(qū)動的公共汽車,美國加州也開始出現(xiàn)燃料電池汽車,此類應(yīng)用主要是為了減少排放。公共汽車其實(shí)是非常適合燃料電池的應(yīng)用。公共汽車線路固定,且每天晚上結(jié)束運(yùn)營之后都會開到同一個地方——總站或始發(fā)站,那么只要在這些地方建好加氫站,基本上就可以滿足整個城市或區(qū)域的公共汽車運(yùn)營需求。
另一個燃料電池的應(yīng)用是為數(shù)據(jù)中心供電,這也是應(yīng)減排要求而生的。同時,即使數(shù)據(jù)中心所在地的電網(wǎng)斷電,燃料電池也可以繼續(xù)為數(shù)據(jù)中心供電,一周七天、一天24小時不停歇。
說到氫氣和飛行,人們可能會想起80-90年前的興登堡號,但如今航空業(yè)已探索出更好的應(yīng)用氫氣的方式。
現(xiàn)在,氫氣儲存在碳纖維氣罐中,這項技術(shù)主要是通過在汽車行業(yè)應(yīng)用而成熟起來的。氣罐制造精良,非常安全。事實(shí)上,一罐氫氣比一罐汽油更安全。只不過我們都非常熟悉汽油,而且從開始駕車、乘車就每天都跟汽油打交道,我們已經(jīng)習(xí)慣使用汽油了。但我們卻不太習(xí)慣使用氫氣,因此總會有些害怕。不過我們看到在中國、歐洲以及美國加州,這些燃料電池提供動力的公共汽車在運(yùn)營,人們開始熟悉并適應(yīng)這項技術(shù)。
技術(shù)之所以存在就是為了讓人們能夠安全地使用氫氣,跟安全地使用汽油一樣。
讓人們接受燃料電池需要時間。就像電動汽車剛剛問世時,人們覺得那么一大塊電池看起來挺可怕的。時間久了,人們慢慢發(fā)現(xiàn),其實(shí)電動汽車也沒有很可怕。我想燃料電池汽車也會經(jīng)歷同樣的過程。我們會慢慢了解并習(xí)慣使用這項技術(shù),不再懼怕它。
關(guān)于燃料電池技術(shù)在航空行業(yè)的應(yīng)用,霍尼韋爾在做些什么呢?
一方面,是小型燃料電池,尺寸跟鞋盒相當(dāng),應(yīng)用于小型商用無人機(jī)。當(dāng)飛行航程超出電池能夠支持的距離,又希望降低飛行噪聲,那么燃油發(fā)動機(jī)就不是首選了,因為燃油發(fā)動機(jī)噪聲比較大,尤其是起飛的時候。這種情況下,燃料電池是更好的選擇。
再舉個例子,用無人機(jī)巡檢高壓電線,普通無人機(jī)的電池一般來說可以支持無人機(jī)飛行一英里(約1.6公里)左右,那么就需要有人開車一英里,給無人機(jī)更換電池,然后再讓無人機(jī)繼續(xù)飛行一英里,再繼續(xù)更換電池……這就需要很多人力來進(jìn)行更換電池的工作。盡管如此,成本也比直接用直升機(jī)進(jìn)行巡檢的成本低。那么如果無人機(jī)可以持續(xù)飛行10英里(約16公里)、20英里(約32公里)甚至50英里(約80公里),所需要的人力就能夠大大減少。這就是燃料電池在無人機(jī)上的應(yīng)用。與電池相比,同等重量下,氫燃料電池能夠提供更大的能量。
另一方面,是應(yīng)用于有人機(jī)的更大一些的燃料電池,主要目的是為了降低排放。展望2030、2035、2050年,我們的這個星球?qū)窃鯓拥呐欧潘剑亢娇招袠I(yè)要為降低排放做出自己的貢獻(xiàn),整個行業(yè)都明白這一點(diǎn)。
那么氫燃料電池將為航空業(yè)減排帶來多大的影響呢?
氫氣和氫燃料電池是能夠做到零排放的。這將是一個巨大的成就,也是一個巨大的項目。要重新設(shè)計現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟、能夠高效利用航空燃油飛行的商業(yè)客機(jī)以適用氫能源,這是非常困難的。在航空業(yè),人們已經(jīng)開始著手此類項目,包括一些主要飛機(jī)制造商和業(yè)內(nèi)其他公司。但我們都知道,路漫漫其修遠(yuǎn)兮,有大量的工作要做?;裟犴f爾也是一個重要的參與者,我們與飛機(jī)制造商們深入合作,為這些未來的飛機(jī)提供取證的部件。同時,我們非常熟悉飛機(jī)部件和系統(tǒng)的開發(fā)及適航取證,這也是我們的優(yōu)勢之一。
短期來看,我們的其他技術(shù),比如可持續(xù)航空燃料(SAF),能夠削減溫室氣體排放。而氫燃料電池將會是一個長遠(yuǎn)的項目,也是對我們行業(yè)未來的投資,霍尼韋爾積極投身其中,還有很多工作等著我們。
對于我而言,我們在小型燃料電池系統(tǒng)上的首要任務(wù)是支持我們的客戶推出他們的商業(yè)模型。具體要怎樣做呢?主要就是達(dá)成超視距飛行。目前,無人機(jī)必須要在飛手的視距范圍飛行。FAA目前正在制定一些規(guī)則,讓無人機(jī)的超視距飛行得以適用。超視距飛行就要求無人機(jī)飛得夠遠(yuǎn),同時,也需要無人機(jī)的通信系統(tǒng)、雷達(dá)探測和避讓等其他技術(shù)更為先進(jìn)。而這些技術(shù)也都是霍尼韋爾的強(qiáng)項。我們正在努力幫助實(shí)現(xiàn)無人機(jī)超視距飛行,致力于為客戶提供適航取證的燃料電池系統(tǒng)及其他系統(tǒng)。
在大型燃料電池上,我們的首要任務(wù)則是建立合作伙伴關(guān)系。在這個領(lǐng)域,僅靠一個公司的力量是不夠的。我們與飛機(jī)制造商通力合作,同時也與電池等其他部件制造商攜手,這樣我們就能夠有一整套的解決方案,從部件到整架飛機(jī)、到機(jī)場的充氫氣設(shè)備、再到生產(chǎn)氫氣的設(shè)備……有了整套解決方案,才能夠賦能市場?,F(xiàn)在就是建立這些合作的重要階段。
原標(biāo)題:能源界的一股“氫流”:霍尼韋爾的氫動力飛機(jī)探索