原创：砺道智库 弘泰

自20世纪50年代以来，航空航天在提高发动机功率和效率方面取得了惊人的进步。然而，最近的研究表明，发动机技术可能接近在合理投资的情况下从碳基燃料中提取能量的热力学限制。这意味着更多的旅行和更多的飞机将导致增加燃料使用和更多温室气体排放，除非找到合适的石油替代品。

今天，全球航空业占二氧化碳排放总量的2.4%，占运输业排放的温室气体的12%左右。但这些百分比预计会增加，因为对航空旅行的需求不断扩大，特别是在亚洲，需要增加更多的能力。到2028年，乘客公里收入预计将增长60%以上，达到12万亿，全球机队规模将扩大43%，达到3.9万架飞机。国际民用航空组织预测，到2050年，航空排放将增加300%以上。如果没有做出有意义的放弃化石燃料的尝试，那么它在全球温室气体生产中所占的份额也很可能上升。

由于完全解决排放问题的办法，正如一架完全由汽油以外的燃料驱动的商用喷气式飞机可能还需要几十年的时间，因此，一些先驱航空公司正在借鉴汽车业的想法，开发混合动力飞机。正如他们在汽车上所做的那样，这些部分是内燃和部分电力的推进系统可能是一种临时战略，以减少排放和化石燃料消耗，直到完全可持续的电动或氢动力飞机得到商业开发。鉴于越来越多的证据表明，气候变化的速度正在加快，航空无法再等20年才能解决其排放问题。

虽然混合动力汽车的减排量不及全电动汽车，但与汽油驱动汽车相比，它们几乎减少了一半。对于航空来说，混合动力飞机仍然意味着克服许多工程上的挑战，并且需要得到监管机构的批准，但这一选择可能会比一架完全电动的客机更快实现。

对交通电气化的研究是通过减少温室气体排放来避免大规模干旱和海平面大幅上升的全球努力的一部分。全球碳项目的一份报告显示，尽管每个国家和行业都承诺尽自己的一份力量，但二氧化碳排放量仍在继续上升-去年增长了2.7%。国际航空运输协会的数据显示，自2013年以来，航空排放上升了26%。在形势至少稳定下来的压力下，航空业需要在未来几年内立即找到解决方案，否则将面临联合国支持的一项协议的惩罚，该协议被称为国际航空碳抵消和减排计划，该计划要求航空公司将碳排放限制在2020年水平。

预计到2040年，电动汽车和轻型汽车的销量将占主导地位，而测量真实排放和燃油效率的全球测试和数据专家“排放分析”则认为，短期内推广混合动力车实际上可能在长期内更有效地减少排放。考虑到航空运输的完全电气化是多么难以捉摸，为什么航空业就不是这样呢？

混合动力车向低排放迈进了一步，混合动力由传统煤油驱动的涡轮发动机和电动马达驱动，它们使用的是储存在电池中或由氢燃料电池产生的“清洁”动力。这种双技术推进系统在飞行的各个阶段都可以使用，除了降低排放，它还可能降低飞机的喷气燃料消耗-这是航空公司的第二大运营成本。

至少有一次将发动机功能分配给电动机的小规模尝试已经取得了成功，但不利的经济因素阻止了它的采用。2016年，Safran着陆系统和霍尼韦尔(Honeywell)放弃了一种电动滑行系统，该系统将减少排放和燃料使用，特别是对于关注频繁短途航班的航空公司，因为低燃油价格使得该系统对航空公司的吸引力减弱。

还有小型混合动力飞机的试飞。下面是一些例子：斯图加特大学的电子天才飞机使用一个相对复杂的推进系统，包括电动机、电池、发电机和内燃机，在阿尔卑斯山上空进行了至少两次成功的飞行。同样，钻石飞机工业公司和西门子公司去年晚些时候宣布了多引擎混合动力电动飞机的第一次试飞。

更雄心勃勃的混合实验也在进行中。最近，SAS和空中客车公司宣布合作开发一种大型商用混合动力飞机。在6月底的巴黎航展上，空客、Safran、Daher和以色列初创公司eviation推出了混合动力项目。劳斯莱斯还宣布，它打算收购西门子在Le Bourget的电子飞机业务，这再次表明，该公司对电力未来的承诺在不断增长。

即使是混合动力车，也可以选择是否使用锂离子电池，而锂离子电池现在通常用于电动汽车和智能手机，还是氢燃料电池。每一个都有它的优点，也有它的缺点。

如果要在飞行间隔只有30分钟的飞机上使用电池，也需要有新一代电池来提高充电时间。虽然电动汽车喜欢快速充电，但研究人员仍在努力开发电池交换能力，尽管这项技术早期存在问题。特斯拉正在悄悄地继续测试，而中国电动汽车制造商尼欧(Nio)也是其支持者。如果电池换车成功-同时也要克服一些经济和环境方面的担忧-它将允许一个完全充电的电池在填充化石燃料动力汽车所需的时间内被替换掉。它还将消除飞机使用电池的一个障碍。

中国是锂原料的第三大矿商。由于其日益增长的经济重要性，它通常被称为白色石油，而且中国一直在购买智利的矿藏。氢燃料电池是另一种正在研究的替代品。

氢是地球上最丰富的元素，每单位质量的能量密度高于煤油燃料或电池-每公斤约33，300瓦特小时，而常规喷气燃料为11，900瓦时，电池仅为几百瓦时。氢燃料电池已经被用于从阿波罗到航天飞机的每一次载人航天飞行。

三年前，Hy4-使用氢燃料电池驱动电机，从德国斯图加特机场成功起飞，空中停留了10分钟。在新加坡，世界上第一架地区氢电客机于2018年10月揭幕.。

在这些电池内，氢和氧通过电化学结合而产生电能。它们唯一的副产品是热和水蒸气。但今天，大多数氢都是通过从天然气中分离出来的，这一过程会产生甲烷，另一种温室气体。氢也可以从水中产生，但是这个过程相对昂贵。最后，燃料电池技术在总体上是昂贵的-另一个缺点。

显然，还需要做更多的工作，而混合战略的最大好处之一是，它可能会为航空航天行业赢得所需的时间，以创造一种完全不使用石油化工燃料的新型飞行器。