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              航天中的“氫能”

              10月16日,神舟十三號載人飛船成功發射。作為全世界為數不多的在航天領域中有所成就的國家,我國再次贏得了一方喝彩。 氫能觀察注意到,在此次發射中,成都中材科技制造的“氫氣瓶”也隨著神舟十三號載人飛船的返回艙一同上了“天宮”。

              隨著減碳減排的逐漸普及與深入,航空業也正在努力之中。氫能航空被認為是航空業未來實現污染物零排放和可持續發展的關鍵。雖然氫能具有綠色環保、能量密度高等優點,但發展氫能航空還需要突破氫燃燒、氫燃料加注和儲存等一系列關鍵技術瓶頸。 《2019年政府工作報告》中首次寫入了氫能源,自此氫能源被納入了我國能源體系。航空業使用氫能源不但可以實現二氧化碳零排放,同時還能有效減少其他污染物的排放量,具有非常明顯的優勢。 與傳統石化燃料相比,液氫燃料具有溫度低、易蒸發、易燃等特點,其加注過程復雜、耗時長且安全風險較高,大大增加了飛機在機場??考幼⑷剂系臅r間,提高了飛機運營的成本。 9月23日,101所完成了重型運載火箭220噸級補燃循環氫氧發動機首次半系統試驗,試驗按照預定程序正常起動,主級工作穩定,程序自動關機,試驗取得圓滿成功。發動機工作參數全部獲得,試驗臺工藝系統工作正常,達到了預期的試驗目的。

              在燃料電池技術領域,航天科技集團擁有質子交換膜燃料電池系統動力應用、可再生能源儲能應用及泵閥關鍵部件技術,具備了百千瓦級氫氧/氫空及再生燃料電池系統研制能力,完成國內第一臺車用高壓燃料電池發動機裝車運行,通過兩千公里全路況模擬實驗考核,60KW大巴車用燃料電池發動機完成發電試驗和裝車集成。 當前航空業已掌握的儲存技術中,高壓氣體或低溫液體儲罐技術可以用于氫能飛機機載氫燃料的存貯。若以壓縮氣體形式儲氫,將對飛機質量和體積要求提出巨大挑戰。相比之下,液態氫儲存具有較高的質量能量儲存密度,成為了最有前途的技術途徑之一。 據了解,液態氫燃料需要以極低溫度(低于-253℃)儲存,同時為了減少液氫沸騰導致的損失,需要在儲罐中維持1.429atm的恒定壓強,這將導致液氫儲罐結構和配套冷卻系統異常復雜,進而大大降低整體系統的質量能量密度和安全性。相關研究顯示,液氫儲罐應采用球形或柱狀,而傳統機翼油箱不適宜儲存液氫燃料。因此,對于中、短程客機而言,需要對現有機體結構進行調整或重新設計,以增加液氫儲罐(如圖3所示)。儲罐大小因機身形狀、尺寸以及飛行任務和航程長短而定。增加液氫儲罐后,會導致機體尺寸增加或客艙空間減小,進而增加飛行阻力或飛行成本。對于載客量超過250人,飛行距離超過10000km的遠程客機,由于機載液態氫儲罐的附加質量已使傳統客機結構無法滿足設計要求,因此需要引入全新的、革命性的機體設計思路,如翼身融合設計、箱式機翼結構等,以達到提高飛機內部空間結構利用率的目的。 近年來,包括美國、日本和歐洲等發達國家和地區紛紛加大氫能研發的投入,重點支持乘用車、加氫站、公共汽車、電解水制氫裝置、中重型運輸(包括中型到大型乘用車、商用車、重載卡車、火車、海運、航空)等領域。未來氫能在航空業要完全替代傳統石化燃料還須面臨動力推進系統、機載氫燃料儲存、機場基礎設施建設以及氫燃料生產等一系列關鍵技術的挑戰和突破。


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