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氢动力飞机
民航是连接世界和支持全球经济增长的重要交通网络。为了在实现环境目标的同时保持这些优势，下一代飞机必须大幅减少对气候的影响。氢动力飞机有可能在现有航线上不排放碳并减少或消除其他排放。本文是一份全面的氢动力飞机指南，解释了基本物理原理并回顾了当前的技术。我们讨论了这些技术对飞机设计、成本、认证和环境的影响。从长远来看，氢动力飞机似乎是当今煤油动力飞机最引人注目的替代品。使用氢气还可以实现燃料电池和超导电子等新技术，这可能导致使用煤油无法实现的飞机概念。氢动力飞机在技术上是可行的，但需要大量的研究和开发。轻型液氢罐及其与机身的集成是关键技术之一。燃料电池可以消除飞行中的排放，但必须变得更轻、更强大、更耐用，才能使大型燃料电池驱动的运输飞机成为可能。氢动力涡轮风扇发动机已经具备了这些理想的特性，但会产生一些排放，尽管其危害性远低于煤油涡轮风扇发动机。除了机身和推进技术外，氢动力飞机的可行性还取决于低成本的绿色氢气生产，而这需要对能源基础设施进行大量投资。
天然氢：地质好奇心还是低碳未来的主要能源？
能源的历史是从效率低下，更脏，昂贵的选择中逐步替换，更清洁，更便宜，更有表现的燃料。磨坊和机器取代了体力劳动，最近电力取代了煤油，该煤油取代了鲸油以进行照明，煤炭代替了工业和供暖建筑物的木材。但是气体呢？一个世纪前，城镇天然气是通过燃烧的煤炭，生产可乐和甲烷和氢的混合物制造的，以及沿途的有毒气体，例如CO和其他污染物。后来，发现了大量的天然气储量（主要由甲烷组成），既便宜又清洁，因此我们停止了制造城镇天然气。由于甲烷的效用，丰富性和负担能力，它几乎用于社会的每个部门。今天，天然气用于加热，烹饪，发电，以及制造诸如化学物质和塑料之类的材料。
研究氢气作为...的潜在替代品
随着时间的推移，世界各国越来越重视寻找替代能源，以满足全球不断增长的能源需求 (4,5)。为了子孙后代的生存，我们必须迅速从化石燃料转向清洁能源。航空业是全球排放的重要贡献者之一，2018 年美国碳排放量的 2.4% 来自航空业，这是由于燃烧喷气燃料的煤油所致 (6)。与汽车使用的汽油一样，煤油是一种化石燃料，由各种液态碳氢化合物组成，通过精炼石油获得 (7)。为了满足不断增长的全球经济和人口的交通需求，航空业必须克服对煤油的依赖，实现环境可持续。随着氢动力汽车的进步，近年来，氢气已成为一种有前途的潜在飞机燃料来源 (8)。氢气的比能量密度为 120 MJ/kg，几乎是煤油的三倍，是锂离子电池的 100 多倍 (9)。氢气既可以在氧气存在下直接燃烧以驱动内燃机，也可以在燃料电池中与氧气反应产生电流，为电动机提供动力。这两个过程的主要副产品都是水蒸气，这意味着使用氢气发电不会直接产生二氧化碳 (10)。虽然使用氢气不会排放二氧化碳，但生产氢气的各种方法都会排放二氧化碳。目前，美国几乎所有商业生产的氢气都是通过蒸汽甲烷重整 (SMR) 生产的。商业氢气工厂和石油炼油厂在催化剂存在下将高温蒸汽 (700˚C 至 1000˚C) 与甲烷反应生成氢气和一氧化碳 (CO) (11)。由于 CO 是一种致命气体，因此它会与额外的蒸汽反应生成二氧化碳和更多的氢气。纯通过 SMR 生产的氢气被归类为灰色氢气。尽管这是最便宜的方法，但 SMR 会排放大量二氧化碳 (11)。然而，通过碳捕获和储存 (CCS) 技术可以减少 SMR 的大量排放，该技术使用各种化学方法在源头回收二氧化碳并将其储存在地下深处。目前的 CCS 技术可以捕获高达 80% 的释放二氧化碳 (12)。当 SMR 与 CCS 结合时，产生的氢气被归类为蓝色氢气
为飞行中的 V 型飞机打造混合型舒适客舱内部
因其形状而消耗更少的能量（https://www.tudelft.nl/lr/flying-v/）。目前，航空运输约占人类活动每年产生的 360 亿吨二氧化碳的 2%（https://www.cleansky.eu/benefits），这表明需要开发一种更省油的飞机。这款 Flying V 最初是柏林工业大学学生 Justus Benad 在汉堡空客的毕业论文项目中提出的构想（https://www.tudelft.nl/lr/flying-v/）。在 Flying V 中，客舱、货舱和油箱都集成在机翼结构中。Flying V 搭载的乘客数量与空客 A350 大致相同，这是这款新飞机的基准。Flying V 比 A350 小，与可用体积相比，湿润表面积更小。结果阻力更小，从而导致相同距离所需的燃料更少。目前，Flying V 正在开发中使用传统煤油发动机，但也会研究其他推进方式，如氢或电子煤油，但这不是本研究的目的。
CLEEN 第二阶段 劳斯莱斯
ASTM 美国材料与试验协会 ATJ-SKA 含芳香烃的酒精喷射合成煤油 au 任意单位 BOCLE 气缸球润滑性评估器 CAAFI 商用航空替代燃料倡议 CLEEN 持续降低能耗、排放和噪音 CO 一氧化碳 CO 2 二氧化碳 CSD 横截面直径 cSt 厘斯 EI 排放指数 ERC 能源研究顾问 EtOH 乙醇 EU 欧盟 f/a 燃油空气比 FAA 美国联邦航空管理局 FANN 全环形 FFP 适合用途 FSN 燃油喷嘴 FT 费托合成 H 2 氢 HEFA 加氢酯和游离脂肪酸 in. 英寸 IRHD 国际橡胶硬度 LBO 贫油熄火 M 百万 毫米 毫米 NextGen 下一代 NHC 净燃烧热 NOx 氮氧化物 PDI 相位多普勒干涉法 SAF 可持续航空燃料 SH 硫-氢 SMD 索特平均直径 SPK 合成石蜡煤油 UDRI 代顿大学研究研究所 UHC 未燃烧碳氢化合物 美国 美国 WSD 磨痕直径
关于可再生能源义务潜在有效性的研究
2DS 2 度情景 APR 水相重整 AtJ 酒精喷气燃料 B2DS 低于 2 度情景 CAAFI 商业航空替代燃料倡议 CORSIA 国际航空碳补偿和减排计划 DSHC 直接糖转化为碳氢化合物 ETS 排放交易计划 FAME 脂肪酸甲酯 FT 费托合成 GHG 温室气体 HDO 加氢脱氧 HEFA 加氢酯和脂肪酸 HFP 高凝固点 HTL 热液化 HVO 加氢植物油 IATA 国际航空运输协会 ICAO 国际民用航空组织 IEA 国际能源署 ILUC 间接土地利用变化 LCFS 低碳燃料标准 MSW 城市固体废物 NDC 国家自主贡献 PtL 电转液 PV 光伏 RED 可再生能源指令 RTFO 可再生运输燃料义务 SAF 可持续航空燃料 SIP 合成异构烷烃煤油 SPK合成石蜡煤油
Tiziano Gallo Cassarino 博士、Mark Barrett 教授……
总体目标是实现温室气体净零排放。化石燃料，即使采用 CCS，也会产生温室气体，因此这些被排除在外。负排放可以通过 DACS、BECCS 和造林等过程实现。然而，这些方法要么在技术、商业和环境方面尚未得到证实，要么受到限制。此外，由于目前没有用于远程飞机的替代燃料，因此生产合成煤油需要来自此类来源的碳。因此，负排放不包括在此处的建模中。