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1、日本以核心技术为突破口，构建国际氢航空供应网络
日本将航空视为“绿色增长战略”中到2050年推动碳中和的14个重要领域之一，氢能飞机是主要增长途径之一。 为此，日本经济产业省从NEDO“绿色创新基金”拨款210.8亿日元启动“下一代飞机开发”项目。 该项目明确，下一代飞机的开发将由欧美原始设备制造商（OEM）主导。 日本企业为其提供核心技术和零部件：川崎重工（KHI）为本项目实施液氢储罐、氢发动机燃烧室、机身结构等氢飞机核心技术的开发。 三菱重工和新明和工业公司负责复杂形状和轻型飞机的开发。 量化复合材料，该项目计划在2040年推动氢飞机的实用化。
日本在储氢、氢燃烧器等核心技术方面实力雄厚。 在超低温储氢罐技术方面，川崎重工建造的全球首艘液化氢运输船已投入运营。 储罐容积可达1250m²。 不过，航空储罐对重量和压力控制比较敏感，因此储罐材料和设计仍需升级。 目前，日本东丽先进复合材料公司也在政府部门的资助下开展了轻质长寿命复合液氢储罐的研究。 在氢气燃烧器方面，NEDO显然利用了地面经验来开发飞机用氢气燃气轮机。 川崎重工早在2018年就进行了纯氢燃气轮机发电系统的示范测试，并于2020年验证了其纯氢干式低NOX燃烧技术。，NOX和水蒸气是氢燃料解决方案中的主要温室气体，并且低NOX排放技术未来更有可能受到氢航空的青睐。 此外，作为一项针对航空需求而开发的新技术，宇宙航空研究开发机构（JAXA）表示，将支持KHI和其他供应商开发和测试增压泵，用于从储罐转移液态氢并向发动机供应高压气态氢。 技术。
日本依托氢能源战略，为氢航空供应链和市场的普及奠定了坚实的基础。 目前，全球首个跨国氢供应链项目（HESC）已在日本和澳大利亚政府的支持下建成。 日本公司还将澳大利亚生产的氢气运输到东南亚和太平洋岛国。 由日本公司主导的氢气供应网络正在建设中。 西太平洋地区逐渐形成。 由于化石燃料的稀缺，日本市场和社会对氢能的接受度高于世界其他地区。 目前，日本燃料电池汽车和户用热电联产系统已初具规模，氢能在商用航空的应用也在积极推进。 目前正在探索中：三菱公司等受NEDO委托，在新千岁机场建立利用氢能的研究模型。 关西机场正在与空中客车公司合作，研究在机场引入氢燃料飞机所需的基础设施。 日本航空计划于 2035 年推出氢动力小型飞机。
除了实现脱碳目标外，日本还希望通过与欧美联手打造氢动力飞机来增加本国航空业的市场份额，并主导制定相关安全标准和国际标准。这项技术。 为此，国土交通省和经济产业省成立了新的飞机脱碳公私协会，讨论制定2023年及以后的标准制定工作计划，并根据根据规划，他们将推动标准制定、支持国内制造商的认证活动、实施认证等。
2、欧洲已制定氢动力飞机规划，正在坚定推动低碳航空发展。
欧盟将氢视为实现《欧盟绿色协议》中规定的大幅减少航空排放目标的重要途径。 欧盟发布的《氢动力航空：到2050年氢技术、经济和气候影响》报告明确勾画了欧洲氢动力飞机发展的战略布局，并提出氢动力航空三步走路线图研发，重点围绕关键零部件、飞机系统、基础设施和监管四大领域，先后开展了技术基础、中短程氢动力飞机、远程飞机的研发原型机包括液氢储罐、氢涡轮机、液氢燃料组件等，推动脱碳航空发展。
欧洲在2000年代初推出的氢燃料飞机概念研究成果的基础上，重点研发低碳飞机机身结构和技术。 以空客为例。 空客早在2008年就开始在A320试验机上测试氢燃料，2020年决定停止以E-Fan为核心的一代零排放商用飞机，斥资数十亿欧元推出三型ZEROe客机概念，即开发一款最大载客量为100人、续航里程超过1000海里的涡轮螺旋桨飞机。 最大载客量为200人，续航里程超过2000海里。 Sea Mile的涡扇飞机（传统机身形状）和翼型飞机，并计划于2035年交付。空中客车公司也在全球氢飞机布局中积极开展研发合作：2022年2月，宣布使用A380作为ZEROe 项目的测试飞机。 选择A380远程宽体飞机是为了满足四个大型储氢罐的空间要求。 所使用的低成本、低重量、高性能低温液氢储罐将在德国和法国的工厂制备。 该氢燃料发动机将由美国通用汽车和法国赛峰集团的合资企业CFM国际公司进行改装，并在美国组装。
从市场角度来看，未来欧洲可能会率先在大中型飞机上验证零碳排放技术，然后在A320等中短程窄体飞机上进行部署。 一方面，到2050年，全球碳排放量的25%将来自航空业，航程约为-的中型飞机碳排放量最高，航程为-的大型飞机次之； 另一方面，航空飞机中窄体飞机市场表现强劲，预计未来20年窄体飞机将占全球交付量的60%以上。 氢动力窄体飞机将最大程度地减少二氧化碳排放。 然而，在窄体飞机上率先使用新型零碳技术将伴随着更高的商业风险。 因此，航空公司可能首先选择在B767、A330等中型飞机上引入氢动力系统。 此外，由于氢燃料体积较大，会在一定程度上压缩客舱空间，为了平衡航程和载客量等经济问题，A380、B747等大型宽体客机被搁置的也可能借此机会获得新生。
3、美国航空动力系统多元化并收紧排放标准推动技术落地
与日本和欧洲不同，美国仅将氢能作为航空动力多元化的途径之一。 2020年11月，美国能源部（DOE）举办H?@研讨会，分析氢在机场和航空领域的应用前景。 认为美国可持续航空燃料（SAF）来源广泛，且具有成本优势。 短期内使用SAF比较合适。 从逻辑上讲，如果SAF不足以满足未来的航空需求，可以通过液氢进行补充，以便更好地与现有基础设施兼容。 航空巨头波音公司对氢动力飞机也持保守态度，认为由于技术不确定性和监管障碍，主要机场不太可能在2050年之前大量采用氢燃料飞机。
然而，美国从未停止过对氢动力飞机的研究，特别是在航空发动机方面，低NOX燃烧和电力推进技术同步推进。 与传统燃油飞机和合成燃料飞机相比，氢燃料飞机在碳排放、氮氧化物排放、水蒸气排放、尾迹等方面具有更大的优势。 同时，美国在氢燃气轮机方面拥有深厚的技术背景，而空客A380测试平台上的氢燃料发动机将由GE发动机改装而成，而GE目前正在测试其富氢干式低燃机。氮气燃烧器； 普惠公司早在 20 世纪 50 年代就制造出了全尺寸的氢燃料发动机。 2022年2月，DOE批准普惠公司开发氢蒸汽喷射中冷涡轮发动机（），旨在将下一代单通道飞机的NOX排放量减少80%。 与此同时，美国在氢电飞机的研发方面也走在世界前列。 其氢动力商用飞行套件汇集了Plug Power氢燃料电池、其电机和自有模块化氢胶囊的技术优势，并率先开发出“涡轮机”。 风冷式“高温质子交换膜（HTPEM）燃料电池，而NASA的飞机高效电气技术中心（ High ）利用氢燃料的极低温特性开发了超导旋转器（发电机/电动机）虽然目前美国氢电发动机普遍在千瓦级，仅支持短途小型支线飞机的电气化改装，但各研发单位均表示将研发兆瓦级发动机，并将目标瞄准最终的B737 和 A320 等飞机的目标市场。
尽管美国政府和航空巨头对氢航空的热情不如日本和欧洲，但美国对航空排放日益严格的要求或将倒逼氢航空的发展。 美国联邦航空管理局 (FAA) 公布了拟议的飞机排放标准，该标准将使美国标准与国际民用航空组织 (ICAO) 的标准保持一致。 FAA 的排放上限将适用于 2028 年 1 月 1 日之后制造的大型飞机，以及 2021 年 1 月 1 日之后提交认证的新飞机类型。在此背景下，美国航空公司正在寻求脱碳。 达美航空与空中客车公司合作开发氢动力飞机和所需的生态系统； 美国联合航空公司还投资寻求对 CRJ-550 支线飞机进行氢发动机改造。 。
四、风险及建议
国际清洁运输理事会（ICCT）报告显示，目前全球航空运输碳排放结构中，窄体飞机经济舱碳排放占比最高。 然而，中国商飞C919目前使用的LEAP-1C发动机与该发动机同系列，虽然在燃油效率方面具有一定优势，但排放水平与SAF或氢飞机相比仍有较大差距，碳排放量也较大。国产发动机水平略高于LEAP-1C发动机。 如果西方如期推出零碳飞机，可以继续收紧航空碳排放标准，大大削弱国产飞机的市场竞争力。 另一方面，国际航空碳抵消和减排计划（IACRS）下的部分中国国内减排单位不能用于抵消义务。 如果不能用国内减排单位抵消，就只能从国际碳市场抵消。 购买减排单位进行抵消将增加航空运输公司的减排成本。 因此，如果不能尽快研发出低排放水平的下一代飞机，碳排放问题可能会阻碍未来国产飞机和国内航空公司的快速发展。
从上述各国情况来看，欧美、日本目前在氢航空领域拥有较为清晰的技术发展路线和国际分工，并在各自细分领域建立了技术优势。 不仅如此，航空技术具有很高的安全要求。 西方企业在技术开发上经常设立PlanA、PlanB甚至PlanC。 核心技术路线并没有作为商业秘密向公众公开，所以我们看到的很可能只是冰山一角。 更重要的是，氢航空涉及从基础材料、飞机设计到运营维护的复杂产业链，需要形成产业链各环节共同发展的总体规划。 另一方面，在中国，相关技术的研发不仅刚刚起步，而且还缺乏明确的发展路线规划。 氢能飞机发展缓慢。 如果不能加快赶超，中国将在未来的商用航空市场竞争中处于劣势。
尽管目前世界各国都处于氢动力飞机的起步阶段，需要克服经济和安全问题才能实现商业化，但从长远来看，随着氢能应用成本随着相关技术的成熟而下降。技术、氢 迟早，氢动力飞机将能够实现经济平衡。 因此，氢动力飞机的安全性将成为各国竞争的焦点。 由于液氢的低温特性以及氢脆等问题，氢航空需要建立新的标准体系。 飞机设计、材料、制造工艺、误差范围等许多标准仍需在实践中检验。 还需要飞机维修、剩余寿命评估等方面的经验。 探索建立一套完整的安全认证和保障标准，实际工作量巨大。 目前，美国、日本和欧洲已开始探索相关标准。 如果中国不能尽早启动相关测试工作，未来国产新车型的认证和后续运营可能会继续面临其他国家的限制。 情况。
为应对上述风险点，中国应尽快做好准备。 首先，我国仍需尽快实现高端经典航空发动机自主化，发展系统化低碳航空技术，并在此基础上加强参与国际航空市场化计划的制定。交通运输减排，如：派出专家担任专家组专家，主席、报告员等主要参与者将建立反映全球航空运输排放的模型，模拟各种减排计划对不同利益相关方的影响，从而得出制定有说服力的计划并最终影响计划制定的方向。 其次，在氢能飞机领域积极布局，根据航空业绿色发展“十四五”规划纲要，中国民航总局《关于“十四五”期间深化民航改革的意见》年规划》等政策指导文件，在建立探索氢能飞机发展的基础上，完善氢能顶层规划、法规和政策体系，为产业链各环节项目发展提供资金保障，目前，在氢推进技术方面，氢涡轮机和氢燃料电池是氢飞机推进系统最受关注的两个方向。我们要重点关注氢燃料生产和氢飞机经济性，以及飞机氢燃料的低温储存和加注。 技术、安全等技术布局； 同时开发面临高低温差、氢脆、摩擦磨损、水汽腐蚀等应用挑战的新材料和新工艺，探索平衡建设成本和效率的氢气生产、分配、储存、运输和加工。 氢技术解决方案等，帮助中国通过氢动力飞机实现航空领域弯道超车。 最后，我国应在大量试验实践的基础上，提前谋划氢能飞机标准规则的制定。 还应培育相关市场，建立相应的市场激活机制，吸引金融市场提供投融资，以适应未来全球氢能飞机市场规模。 强劲的增长趋势。
