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电动飞机终于来了,6人座,能飞500多公里

天下网商记者 张超

有生之年,我们也许可以坐上电力驱动的飞机。

6月22日,美国ZeroAvia公司旗下一款采用氢燃料电池动力系统的HyFlyer飞机,从英国贝德福德郡的克兰菲尔德机场起飞,完成了英国有史以来第一次符合商业飞行标准的电动飞机飞行。

氢燃料电池动力系统飞机在克兰菲尔德机场起飞

需要注意的是,这是真正的固定翼飞机,而不是一架简单放大的旋翼无人机。

普通人离电动飞机还有多远

ZeroAvia成立于2017年,总部位于美国加州,致力研发基于氢燃料电池的新型航空动力总成,旨在将高污染的航空产业转变为清洁产业。

ZeroAvia第一版氢燃料电池动力总成的地面测试

2019年2月,ZeroAvia将第一版氢燃料电池动力总成安装在一架2吨重的6人座派珀PA-46R型飞机上,这架原型机获得了FAA(美国联邦航空管理局)的初始认证,并在去年春天试飞成功。

ZeroAvia首次试飞成功

眼下这架在英国试飞的飞机,是第二架HyFlyer原型机。

接下来的几个月,ZeroAvia还将组织一系列长距离测试,从苏格兰奥克尼群岛出发,进行距离在250-300海里(463至556公里)的飞行。

第二架HyFlyer原型机试飞成功后

ZeroAvia创始人兼CEO瓦尔·米夫塔霍夫介绍,公司目前主攻方向是小型螺旋桨飞机,由氢燃料电池、电动机和储氢罐等组成的燃料电池动力总成,工作原理跟化石燃料飞机非常相似,只不过需要补充的燃料不是航油而是液氢。

ZeroAvia创始人兼CEO瓦尔·米夫塔霍夫

目前,ZeroAvia正在跟欧洲海洋能源中心(EMEC)及英国燃料电池系统公司合作,积极推进机场加氢站等基础设施建设。

据ZeroAvia乐观预期,3年内将会有10-20座的氢燃料电池飞机面世,2030年将出现50-100座的氢燃料电池飞机,2040年,氢燃料电池飞机座位将超过200个,航程也可以超过3000海里(5556公里)。

由氢燃料电池动力总成提供动力的第一架HyFlyer飞机

航空业要靠新燃料减排

ZeroAvia公司的探索,是航空业寻找替代能源的最新方向。

长期以来,航空业一直是增长最快的温室气体排放来源,约占全球排放量的2%以上。

按照目前的增长速度,到2050年,全球航空公司的碳排放,将占到全球碳排放的四分之一。

全球部分地区的航线

为限制飞机排放加剧全球变暖,国际民航组织出台了国际航空碳抵消与减排计划(CORSIA),要求航空公司以2019年和2020年国际航空活动平均排放量为基准,一旦年度排放量超过基准值,航空公司必须通过提高效率、寻找替代燃料、投资可再生能源或植树等减碳项目,来抵消增长的排放额。

喷气飞机产生的航迹云也会令全球气候变暖

与此同时,航空公司出于自身成本考虑,也在积极探索合适的替代燃料。

2008年,英国维珍航空宣布成为第一家使用生物燃油进行商业飞行的航空公司。

维珍航空

2011年,中国国航也在国内首次完成生物燃油验证飞行,利用小桐子原料油转换为航空生物燃料,节省1.2%的燃油,并减少60%-75%的二氧化碳排放量。

2011年国航官网关于使用生物燃料的新闻

2012年,澳洲航空使用50%传统燃油和50%地沟油里提炼生物燃油,碳排放量比传统燃料降低大约60%。

2012年,澳航使用生物燃料

到了2018年,澳洲航空再次利用90%的传统航空燃油和10%的生物燃油(埃塞俄比亚芥菜籽油),实现了首次美国-澳大利亚的长途飞行,单趟减少7%(约1.8万公斤)碳排放。

埃塞俄比亚芥菜籽

生物燃料有利于减排,但从成本角度考虑,可能并非是航司最理想的替代能源。

比如澳航,地沟油提炼的生物燃料,成本在普通燃油2倍以上;而使用埃塞俄比亚芥菜籽油,则会占用庞大的农业资源,澳航从美国到澳大利亚的单趟飞行,只使用了10%埃塞俄比亚芥菜籽油,就要占用150英亩(约6000亩)土地的产量。

埃塞俄比亚芥菜作物田

普通电池燃料电池都有技术瓶颈

从2019年开始,一些初创公司着手探索用电作为航空业替代能源。

美国公司MagniX便陆续研发出375马力和750马力的电动机,750马力的电动机被安装在一架DHC-2海狸水上飞机和一架塞斯纳“大篷车”小型飞机上,两架飞机都是螺旋桨飞机。

搭载MagniX公司750马力电动机的DHC-2海狸水上飞机

去年11月,DHC-2海狸水上飞机在加拿大进行了一次15分钟的试飞;塞斯纳“大篷车”小型飞机则于上个月在美国华盛顿试飞30分钟,两次试飞都获得了成功。

MagniX表示,使用电池动力的塞斯纳“大篷车”小型飞机,运营成本比传统燃料飞机降低40%以上。

搭载MagniX公司750马力电动机的塞斯纳“大篷车”

单论能耗成本,电能优势更为明显。

以华盛顿这次试飞为例,30分钟飞行原本需要消耗300美元的燃油,而使用电池动力后,电费还不到6美元。

使用电动机的飞机,还避免了每3000-4000飞行小时就要进行的发动机大修,大幅降低了维护成本。

MagniX电动机提供动力的塞斯纳“大篷车”

然而,飞机使用传统电池动力,需要面对电池能量密度、航程、充换电等一系列问题。

ZeroAvia分析称,一架飞机要实现商业飞行,需要承受高海拔、低温环境以及反复充放电过程,长期考虑无法避免电池容量损耗,此外还涉及电池容量和重量的平衡。

米夫塔霍夫估计,电动飞机至少要有480公里的续航里程才有商业飞行价值,而这可能需要500-600kWh的电量。以目前300Wh/kg的电池能量密度来算,要支持480公里续航里程,仅电池重量便将达到2吨。

另外,机场还需要配置至少1-2MW(兆瓦)的快速充电器,才能保证两次飞行之间可接受的整备时间,如果用换电方案减少飞机充电时间,机场便需要储备大量可更换电池。

“这是横亘在电池动力飞机面前的最大问题。”米夫塔霍夫认为,使用氢燃料电池会比传统燃料或纯电池更加经济,他们计算出的成本,会比传统燃料飞机低50%以上。

然而,氢燃料动力目前也存在明显的技术瓶颈,比如怎么解决储氢和加氢?这些阻碍氢燃料电池汽车普及的难点,同样会阻碍这项技术在航空领域的普及。

丰田已经研发出了安全轻量化的高压储氢罐,但复合材料的成本十分昂贵,而且航空环境的要求更为苛刻,对储氢罐的技术要求更高。

丰田高压储氢罐

普通电池充电时间长,而加氢的耗时则与加油相近,但是加氢设备成本极高,而且存在较大的安全风险。

不管怎么样,电动飞机已经飞起来了,未来终将飞得更高更远。

参考资料:

H2 View:ZeroAvia: Taking hydrogen up, up and away

Azo CleanTech:ZeroAvia’s Hydrogen-Fueled Powertrain for Zero-Emission Aircraft

New Atlas:ZeroAvia's Val Miftakhov makes a compelling case for hydrogen aviation

Fuel Cells Works:Exclusive Get To Know A Sector Zeroavia

Inside Climate News:Airplane Contrails' Climate Impact to Triple by 2050, Study Says

Aviation Today:First Flight of MagniX eCaravan Showcases Maturity of Electric Aviation

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