氢能飞机扎堆上天，靠谱吗？｜G5洞察
氢能飞机的历史上从来没有像今年这般进展迅速，过去三个月时间里，就有两家美国公司成功实现首飞，这也是氢能飞机历史上的里程碑事件之一。
我们在上周的文章里提到，比尔·盖茨是氢能的推动者，以千万美元级的资金支持氢技术的发展，本期我们将视角进一步深入，聚焦氢能飞机的技术现状与未来发展。
G5长期关注智慧城市与可持续社会的建设。氢能飞机的进展不仅事关飞行技术本身的进步，还带来了更多城市交通的未来可能性，背后氢能技术的成熟更有望支撑一个零碳的社会。
氢能源飞机密集上天
最新进展来自美国氢能航空初创企业“环球氢能”公司（Universal Hydrogen）。3月3日该公司一架氢能飞机在美国华盛顿州首飞成功，在一位前美国空军试飞员的驾驶下，这架名叫“Lightning McClean”的飞机以15分钟的空中时间完成了首次验证飞行。
在商业落地方面，环球氢能已经获得了航空领域多个重量级公司的资金支持，其中包括了创始人的老东家空客风投基金、发动机巨头GE航空、丰田风投基金等，去年10月，环球氢能还获得美国航空的投资，产业资源打通了从飞机制造到运营的所有环节。
图｜ 氢能飞机 来源：环球氢能公司
而在环球氢能实现首飞前的两个月，另一家美国氢能飞机公司抢先一步把飞机送上天空。
1月19日，氢能飞机公司ZeroAvia研制的氢能飞机（试验机）在英国成功首飞，这架飞机从英国科茨沃尔德机场起飞，总飞行时长约10分钟。在飞行过程中，左侧引擎由氢燃料电池和电池的组合驱动，而右侧引擎则使用传统发动机。
图｜ZeroAvia试飞机型 来源：ZeroAvia
ZeroAvia是氢能飞机领域的明星企业，盖茨作为氢能技术的长期支持者，早在2020年就牵头投资了ZeroAvia，在那之后，ZeroAvia还获得了联合航空公司、美国航空公司，以及亚马逊创始人杰夫·贝佐斯的投资。
两任首富、两家主流航司的支持让ZeroAvia融资总额超过了1.4 亿美元。这给了ZeroAvia公司创始人兼 CEO 瓦尔·米夫塔霍夫（Val Miftakhov）更多底气，在试飞后的发布会上他表示，ZeroAvia公司计划2024年开始逐步实现商业化，初期目标是造出10-20座的氢能飞机，实现800公里航程——能够满足短途支线飞机的续航需求。而长远目标则是为100-150个座位的飞机开发氢能动力系统，这或将成为未来航空领域的“主力军”。
事实上，把一架重达数十吨的大块头推到天上从来就不是一件容易的事情，就拿常见的电动无人机来说，续航时间少（通常为几十分钟）、载重量少的难题一直难以突破。
这也在对比中展现出氢能的优势，两架氢能飞机成功上天，将新能源飞机的承重极限大幅拉高到了超过20人，比肩小型的燃油飞机，其展现出氢作为动力来源的潜能更加让人兴奋。
便宜、绿色的氢能机遇
在近期关于氢能技术的讨论里，马斯克的表态也是外界关注的焦点。在上周举行的特斯拉投资者日活动上，马斯克高调表示看好氢能在工业的作用，推动建设100%可持续能源社会。
要知道马斯克此前长期唱衰氢能的应用，认为“氢燃料电池是愚蠢的储能方式”。的确，从汽车产业角度看，氢动力汽车的进展一直受技术和成本限制：氢的制、储、运成本都很高，但氢能在航空领域，有望获得更广阔的应用空间。具体来说，氢能飞行器的优势包括了能量密度、充电时间和使用寿命三个方面。
1、能量密度
在能量密度方面，氢燃料电池完胜锂电池。氢的能量密度接近40 kwh/kg，超汽油接近3倍。而上文提到，能量密度也是阻碍锂电池飞机发展的核心要素，因为需要正负极材料、电解液、隔膜等材料，锂电池的能量密度仅有0.2 kwh/kg。这意味着达到同样的续航里程，氢能电池组重量更轻，这为氢能商用大飞机的发展提供了可能性。
2、使用寿命和充电时间
如今主流锂电池组的循环寿命为1000-2000次，单次充电时间长达数小时，对商用飞机来说，这几乎意味着每年要更换一次锂电池，这是一个难以接受的成本来源。相比之下，氢燃料电池系统的循环寿命可达15000次，而加氢则是一个和加油类似的过程，全程不超过20分钟，方便又快捷。
与此同时，航空业的运行现状也一定程度上消解了氢能的劣势。
氢燃料电池的主要劣势在于成本高昂，尤其是供应体系涉及到的运输环节，而集中的机场能够极大程度降低氢燃料的运输成本。对比来说，中国的加油站数量超过了十万个，像毛细血管一样铺满各个城市，相比之下，排名前35的机场就承担了超过80%的航空运输量，因此，改造航空产业的能源供应体系比铺设汽车加氢站容易得多。
氢能飞机代表着应用端的进展，为产业发展提供愈发确定的需求。在上游的制氢端，以降成本、低碳为目标的突破也在密集进行中。
现阶段，多数氢气仍通过天然气与高温蒸汽结合的方式制造，这也是所谓的“灰色氢气”，这种消耗化石能源制氢的方式背离了环保的初衷。更环保的方式是通过水电解生产出“绿色氢气”，但目前其生产成本是灰色氢气的三倍左右。
要生产绿色、便宜的氢气，产业链已经有明确的方向。2021年，《麻省理工科技评论》将“绿色氢能”评为年度十大突破性技术，其意义在于，绿色氢气是绿色的碳中性能源，与风能和太阳能互为补充。《麻省理工科技评论》认为，随着风能和太阳能成本下降，以风电、光伏制氢的生产成本将有望大幅降低。
与电动车、光伏行业的发展脉络相似，氢能的发展需要全产业链一同发力：上游扩产带动需求增长，下游需求普及改善上游生产成本。国联证券研究此前的一份报告也指出，全程零排放的绿氢才是氢源的终极解决方案，未来使用弃风弃光的廉价电力制氢，成本也可以迅速下降。如此看来，氢能的发展逻辑与风能、锂电产业类似，用绿电制氢降低成本，迎接大规模应用的时刻。
图｜绿色能源 来源：Pixabay
飞机先行，驱动全新的绿色能源体系
以氢能飞机为代表，能量密度高、续航里程长等特点得以在交通场景下发挥出来。在理想中的氢能未来，大量飞机搭载氢燃料发动机，以氢+燃油、纯氢能的动力来源逐步取代航空领域对化石燃料的依赖。
值得期待的还有近年来广受关注的电动飞行汽车，可以避开复杂的路面状况，在两点间快速运送乘客、货物。但锂电技术路线动力有限，如今的各公司开发的飞行汽车载人数量通常不超过2个。氢能的能量密度优势也有望助力飞行汽车的发展，成为继民航班机、直升机之后的下一代大众空中交通工具。同样以氢作为动力来源，一些特定场景（如海运、矿山、工地）将成为氢能船、氢能机械、氢能重卡的舞台，减少燃油的应用。
来源：Pixabay
但放在中国碳中和的背景下，交通、出行也只是氢能的一个战场。中国科学院院士、电动汽车百人会副理事长欧阳明高曾说，发展氢能不仅仅是为了汽车，发展氢能汽车使命之一就是为了带动氢能全面发展。氢能飞机也有类似的使命。
我们知道，逐步取代对化石能源的依赖是新能源产业的共识，但在锂电、光伏、氢能等新能源体系内，氢能的发展并非以取代锂电作为目标，也不存在“谁必将替代谁”的必然逻辑。
比如，大型的光伏田和风车能够源源不断地生产着清洁电力，驱动城市的运转。同时，白天用不掉的电，可以通过电解水的方式转化成氢气，以此取代昂贵的锂电池。在这个过程中，氢能也作为储能系统调节整个电网的平衡。国家发改委、能源局在《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》里也提到，要发挥氢能调节周期长、储能容量大的优势，培育“风光发电+氢储能”的新模式，形成多种储能技术相互融合的电力系统储能体系。
在工业领域，则是要扩大工业领域氢能替代化石能源应用规模，包括在氨、合成甲醇、炼化、煤制油气等行业里，通过氢的应用降低过程中的碳排放。
在碳中和背景下，氢能已经成为一个重要的发展趋势，根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书（2022年版）》的规划：氢气需求将持续提升，2050年占中国终端能源体系10%，产值达12万亿。在这个万亿市场面前，每个细分环节都有机会诞生伟大的公司。
不仅如此，新一代能源产业链并不追求“一家独大”，而是达到“优势互补”的平衡状态。风电、光伏、氢能、锂电，共同构成面向碳中和的智慧能源系统。因此，能源转型下的投资机遇，不仅广泛存在于氢能的上中下游，以及核聚变、地热能等尚未成熟的新技术，都在酝酿巨大的技术变革。
就像氢能飞机首次升空，一切才刚刚开始，我们正驶向更广阔的未来。
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