航空業“脱碳”壓力陡增“減排”從替代燃料和電氣化開始
航空業“脱碳”壓力陡增“減排”從替代燃料和電氣化開始
（羅羅1號發電系統）
華夏時報（www.chinatimes.net.cn）記者 王瀟雨 黃興利 北京報道
在全球各國紛紛將減少碳排放作為未來幾十年內一項國計民生級別的“戰略任務”之時，一向在這個問題上被視為“靶子”的航空運輸業不得不在疲於應對疫情造成的行業大衰退情況下，仍然開始抽出大量的資源投向提升效率並降低排放，甚至是實現徹底零排放目標而尋求可行性更高的路徑上來。
航空業的減碳思路
“有機構測算，航空業的碳排放量佔到全球排放量的2%左右，不算一個排放的‘大户’，但在航空領域實現減排非常困難，”英國動力系統提供商羅爾斯·羅伊斯（下稱“羅羅”）大中華區總裁李安（Julian MacCormac）在日前舉行的媒體溝通會上，對包括《華夏時報》在內的媒體透露，“這也是羅羅目前的專注的方向，希望可以為航空業減排做出一些貢獻。雖然公司目前面臨諸多挑戰，但去年我們提出了一個目標，要在2050年之前為所在的行業通過提供解決方案實現零碳排放，但對我們公司來説，則是希望能夠在2030年在全球的運營中實現碳排放歸零。”
過去一年以來，受到新冠疫情影響，全球的民用航空業承受着巨大的壓力，航空公司要承受客流驟降導致的現金流壓力，製造企業則面臨着未來一個時期內訂單萎縮的危機。儘管如此，在面對“減排”這一關乎行業未來前景的問題時，仍將之視為與企業和行業的前途息息相關的重要抉擇。
3月18日，歐洲空中客車公司（下稱“空客”）、德國DLR研究中心、羅羅以及可持續航空燃料生產商Neste聯手啓動了具有開創性的“替代燃料排放和氣候影響”（ECLIF3）項目，研究使用100%可持續航空燃料對飛機排放和性能的影響。
該研究將使用以羅爾斯·羅伊斯遄達XWB發動機為動力的一架空客A350-900飛機進行地面和空中測試。研究結果將支持目前正由空中客車和羅爾斯·羅伊斯進行的工作，來確保航空業為大規模使用可持續航空燃料做好準備，將其作為行業脱碳更廣泛舉措的一部分。
項目組已經在法國圖盧茲的空客園區開始了發動機燃料許可測試，包括首飛測試檢查使用100%可持續航空燃料與飛機系統的運行兼容性。隨後，項目組將在4月開始並在秋天繼續突破性的飛行排放測試，使用DLR研究中心的獵鷹20-E“追蹤飛機”進行測量以調查使用可持續航空燃料的排放影響。同時，項目組還將進行進一步的地面測試來測量顆粒物的排放，以表明使用可持續航空燃料對機場運行的環境影響。
飛行和地面測試都將使用HEFA（加氫處理的酯和脂肪酸）技術生產的100%可持續航空燃料與化石煤油和低硫化石煤油進行比較。
航空運輸業並非在當前全球各國普遍對減碳達成較為廣泛的共識之後才開始考慮這方面問題，實際上十多年來行業一直都在尋求讓飛行變得更加“綠色”，使用可持續性的新型燃料替代傳統的化石燃料是目前在這個領域推進階段最為成熟的方案。
早在2011年，荷蘭皇家航空公司就成為全球第一家在商業航班中使用生物燃料的航空公司，包括航空製造商、能源公司、航空公司以及諸多科研機構也一直持續在進行這方面的工作，過去十年裏，包括中國航司、科研機構等在內的諸多企業已經進行了大量相關的研究和測試工作，從目前的研究成果判斷，可替代性燃料有非常大的可能性完全替換化石燃料，成為航空運輸業新的驅動力。
在ECLIF3項目中，使用的可持續航空燃料將由全球領先的可持續航空燃料供應商Neste提供。英國曼徹斯特大學和加拿大國家研究委員會將會在地面測試中進行用於表徵顆粒物排放的補充測量和分析。
DLR研究中心ECLIF項目經理Patrick Le Clercq博士表示：“在此前的研究項目中，我們已經能夠證明30%至50%的混合替代燃料的減排潛力，我們希望這個新項目能展現更大的潛力。”
在李安看來，“未來一個時期內，民用航空依然需要依靠傳統的燃氣輪機為動力核心，羅羅投入巨資研發的新一代航空發動機產品不僅可以實現不25%的燃油效率提升，並且也能夠100%使用可替代性燃料運行。”
除了傳統的燃氣輪機領域，羅羅在最近一次對業務結構進行的深度調整中，也開始講航空領域的電氣化作為一項核心任務，並開展相關的研發工作。
羅羅的新動力
“現有的大型商用客機短期內實現電氣化並不現實，但我們如果將大型客機的航程和載荷縮減，就可以找到電氣化施展的空間，”李安對本報記者在內的媒體表示，“我們目前在進行一系列相關的研究，一種會有商業前景的應用是小型的電動飛機，另一種就是電動垂直起降eVTOL。”
3月中旬，羅羅宣佈完成了一架名為“創新精神”號小型電動飛機的滑行測試，這架擁有500馬力（400千瓦）電動動力系統和最新儲能技術的小型飛機目標是創造電動飛機飛行時速的世界記錄。
“創新精神”號計劃在今年上半年進行首次試飛，此次滑行測試是實際試飛前對飛機推進系統集成的一次關鍵測試。按照試飛計劃，在最大功率下電動動力系統和先進電池系統相結合將使該飛機的飛行時速超過300英里/小時。
這並非羅羅第一次在電動飛機領域的嘗試，去年意大利通用飛機制造商泰克南公司（Tecnam）就已經宣佈與羅羅合作研製電動支線飛機，執行客運、醫療後送、貨運等任務。該型號名為P-Volt，可容納9名乘客，採用全電推進系統。此前，泰克南公司曾與羅羅公司合作開展了H3PS混合電推進四座通用飛機研製工作。
而更早的時候羅羅還與空客聯合啓動了E-Fan X電動飛機的研發，並在空客因自身戰略調整結束該項目之後，在此前的研發基礎上繼續推進一項被稱為“航空用最強大混合電動發電機”的研發工作。該系統的核心是一台發電機，大小不超過一個啤酒桶，功率卻達到2.5兆瓦，足以為2,500户家庭供電。
今年1月，羅羅宣佈這個名為1號發電系統（Power Generation System 1，PGS1）的設備正在成型，準備年內進行首次地面試車。該系統必須安全可靠運行以滿足航空業的嚴苛標準。
所有電纜都已準備好接通PGS1的各個部件，將發電機連接到AE2100燃氣輪機和3000伏電力電子系統。在羅羅完成在挪威特隆赫姆定製高壓測試工廠進行的發電機試驗後，可以迅速完成連接。
儘管研發電動飛機和電力驅動用於城市空中交通的短距離垂直起降飛行器已經形成熱潮，全球從傳統的航空製造企業到新興的創業公司已經發布了眼花繚亂的諸多設計方案，但其最終將實現的效果顯然取決於動力系統所能達到的技術水平。
按照羅羅目前諸多的相關項目進展，除了PGS1之外，還包括把電動系統集成到電動垂直起降eVTOL中的飛行器，能以200英里/小時的巡航速度搭載四名乘客飛行120英里，並將於2024年進行認證。
同時，羅羅還將設計電動推進系統的系統架構，包括100千瓦級升力和推力電動推進裝置在內的電動動力系統，配電系統和支持運營的監控系統。
按照羅羅電氣化總監Rob Watson的説法，飛行電氣化是公司可持續發展戰略的重要組成部分，羅羅在航空業電氣化的目標之一就包括成為城市空中交通市場提供動力系統的技術領導者。
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