
专利文件显示,新燃料系统包括:主燃料管路及氢燃料泵,作用是在燃料管路内对氢进行增压,以向涡轮发动机主燃烧室提供加压氢燃料;辅助燃烧室,燃烧少量氢以加热主流燃料,形成自维持的预热循环。理论上氢是最清洁的燃料,但工程落地难度极高:单位能量体积密度低,需要更大储存空间,对飞机外形与机场基础设施提出更高要求。液氢需极低温(-253°C)下存储,燃烧过程也更剧烈。罗罗的方案试图通过受控、高效的燃料输送结构解决上述难题。虽然氢燃料电池已显示出较好的工程可行性,直接燃氢却是另一回事。
下一个十年先应用于中小型飞机?
虽然经过多年严苛的研发与试验,氢燃料动力系统在短期内不会应用于大型商用客机。其技术需先在小型平台成熟,再扩展至大型客机。罗罗正在进行全面试验,随后进入飞行试验阶段。罗罗的目标是在2030年代中期推出可用于中小型飞机的氢燃料发动机,但仍有很长路要走。过去二十年,罗罗已探索多种氢动力概念,包括用氢燃料电池替代电池组。预计氢动力于2030年前先用于轻型飞机,2030年代中期将应用于30~40座级的飞机。
罗罗认为,燃氢技术与涡轮发动机技术的组合更有革命性,尽管受燃烧复杂性限制,初期仅适用于小型飞机。公司表示:“虽然氢可直接用于涡轮发动机,但预计氢涡轮发动机会率先应用于航程较短的支线市场。鉴于氢储存体积大、燃料电池功率密度有限,远程飞行更多依赖以可持续航空燃料(SAF)为燃料的涡轮发动机。”
行业将氢视为清洁燃料
氢燃料电池在运行时CO2排放为零且潜在成本低于传统航煤,备受业界青睐。航空公司与机场面临巨大的减排压力,行业设定了2050年净零排放目标。氢是最有前景的技术路线之一,但纯氢动力大型飞机的开发难度远高于预期。因此,将氢与其他燃料结合被视为最可行路径。氢-电混合推进已接近服役门槛,ZeroAvia等公司计划2028年前将氢-电混合推进的支线飞机投入市场运营。
欧盟的“地平线欧洲”计划为罗罗的氢研究提供资金,涵盖工程师、科学家与专用试验设备。项目已取得重大进展,即将开始全尺寸燃氢涡轮发动机的地面试验。罗罗还参与欧盟“清洁航空”计划,其中的CAVENDISH(Consortium for the AdVent of aero-Engine Demonstration and aircraft Integration Strategy with Hydrogen)项目正研究将氢作为航空燃料使用。氢能航空前景仍不确定
尽管氢作为零碳燃料潜力巨大,业界对其能否规模化应用仍持不同看法。除了飞机设计与储存难题,全球氢基础设施缺失也是关键障碍。目前可用的氢产量极低,基础设施扩建成本高昂。最终,如果需求不确定,机场与能源公司也不确定会冒险投入数十亿美元建设基础设施。
空客在2020年推出了ZEROe项目,但近期宣布推迟ZEROe项目,2035年投入使用的目标可能延后5~10年。原打算用A380作为氢发动机试验平台,现已取消相关试验。空客表示:“氢有潜力成为航空变革性能源,但我们认识到,建设涵盖基础设施、生产、分配与监管框架的氢生态系统是一项巨大挑战,需全球协作与投资。”
英国民航局(CAA)宣布将扩大“Hydrogen Challenge”计划,资助航空脱碳方案。多数开发商共识是:氢将先作为传统燃料的小规模替代品,用于混合动力或与电动、SAF组合,以降低全球机队排放,而非立即完全替代传统航煤。
大型客机能否用氢?
预计氢-电支线飞机将在未来几年快速兴起,但技术能否扩展至大型客机仍是未知数。对氢能航空的未来持怀疑态度的人认为,它在长途飞行中太不切实际,比传统喷气燃料占用更多的空间。这意味着运营商将不得不牺牲航程或容量,以容纳更大的燃料箱。罗罗承认,由于储存技术复杂,宽体客机等大型商业飞机使用氢燃料的可行性存疑,需要全新的飞机布局才能容纳更大燃料箱。安全上可以设计,但势必牺牲载客量或航程。
"绿氢"生产疑虑仍在
尽管氢用作燃料只排放水蒸气,其生产过程未必是零碳排放的。当前主流制氢仍依赖煤和天然气,即“灰氢”,与航空脱碳目标背道而驰。真正的清洁方案是“绿氢”,利用风电、光伏或水电等电力电解水制氢。罗罗强调:“只有以可再生能源制取的氢才称得上碳中和”。但绿氢成本远高于化石制氢,能否建设足够产能仍不确定。国际能源署(IEA)预测,到2035年绿氢成本可能降至1.5~2美元/千克,与航煤价格竞争,但前提是产能需大幅提升。
