【COP26】空中的綠色革命:氫能飛機

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ZeroAvia 的氫能飛機概念圖。 圖片來源:ZeroAvia/Facebook

要減排節能,對抗全球氣候變化,其中一條重要戰線是開發潔淨能源。「第 26 屆聯合國氣候變化大會」(COP26)的主辦國英國,近年大力推動氫經濟,希望逐步淘汰化石燃料。其中一項最受期待的技術是氫能飛機(hydrogen plane),預料可以為航空業帶來革命性影響。

零碳經濟(zero carbon economy)近年已經成為國際新聞的關鍵詞;很多發達國家都提出「淨零排放」目標,並投放大量資源,革新工業生產、建築、交通運輸等各經濟領域的能源模式。可是,有些行業的技術特別難改革,包括航運業。在疫情之前,商業航班約佔全球二氧化碳排放量的 2.5%,數字看來不算高,但其實比德國全國的排放量(2.2%)還要多。而且除了二氧化碳,飛機所造成的飛機雲(contrails)也是全球暖化的凶手之一。

其實航空業界和學界早意識到飛機造成的破壞,過去不斷研究更環保的設計。由於改善了引擎設計和運作模式,與 1990 年相比,現時每艘航班的平均碳排放量下降超過 50%。可是,隨著經濟增長,航空活動亦變得更頻繁,單是過去 5 年,全球航運量已急增 20%,預計 2050 年總乘客量會衝破 100 億。要達到真正的零碳航運,氫能飛機是近年一個重點研發方向。理想情況下,氫能飛機運行時只會排放清水,而不是溫室氣體,而且效能比傳統燃料高 3 倍。

初創飛機設計商 ZeroAvia 於 2017 年成立,在 2020 年得到英國政府參與投資,推出被喻為全球首批氫能飛機的「HyFlyer I」。現時英國政府和 ZeroAvia,希望可以在短期內研發出可接載 20 名乘客飛行約 350 海里的氫能飛機,並於 2023 年投入商業運作,且在 2026 年把乘客量升至 80 人、飛行距離延長到 500 海里。而在歐洲大陸,知名製造商 Airbus 也在去年 9 月表示,新一代的零碳飛機設計,將會以氫能作為核心驅動系統。

可是,氫能技術依然要面對很多物理和化學上的挑戰。雖然按質量(mass)計,氫能會比傳統飛機燃料生產更多力量,但是按容量(volume)則剛剛相反,氫能的能量密度大概只有傳統燃料的 4 分 1。而且氫氣要以極低溫(約零下 253oc)壓縮或者轉化成液態,才可以供給飛機使用,這類特製儲藏容器設計複雜而且笨重,體積可能是平常的 4 倍,意味著氫能飛機只能接載較少乘客,機場也要預留特別設施安放氫氣和特別零件。

另外一個關鍵問題是氫氣能否大量、廉價地生產,而過程中不用造成大量碳排放。現時工業用的氫氣其實多由甲烷(methane)提取,會產生二氧化碳。當然,氫氣也可以透過把水分電解提煉出來,整個程序可以再生能源驅動,但此技術非常昂貴和耗能,現時只有 1% 的氫氣以這個方法生產。現時,液態氫的價錢是傳統飛機燃料的 4 倍;隨著技術日漸成熟,價格或者會愈來愈便宜,但跨國顧問公司麥肯錫估計,未來數十年內,氫能價格依然會是化石燃料的兩倍。

有些飛機製造商也因為價格昂貴,而對氫能飛機卻步。不過在各國政府和私人企業大力投資下,依然是傳媒期待的新科技