飞机工业可以使用氢燃料
文章：Bill Schweber
氢气丰富，可用于燃烧和燃料电池，但能量储存和转化有重大挑战。
与许多其他与运输相关的细分市场一样，飞机行业希望“绿色”，并减少使用传统的碳氢化合物的燃料。无论这一目标的争论和理由如何，会议是一个真正的挑战，因为飞机和火箭的电力/重量比尤为重要，而且比地面或水运的力量更多。因此，我们正在阅读和看到用于飞机的电力，从个人通勤出租车到小型多客机等等。
从工程角度来看，有两个基本问题。首先，假设使用电动机，如何存储和携带电动能量和携带电动机。电池可能是大多数人建议的第一件事，但数字使其成为挑战。第二个问题是，这是从哪里充电电池的能量？但这是另一个时间的问题。
首先要看的是按重量和体积计算的燃料能量密度，如图中所示图1-3。有表，图表等，但由于不同的范围和测量单元，通常很难进行比较它们。尽管如此，它们非常有用，以便单独提供高级电池化学品，烃和氢气之间的跨度。注意，氢气在顶部是密度的。
图1对几种主要能量可燃物进行了比较。来源:交通系统的地理位置
图2电池对比图说明了基于裸电池的体积和重量能量密度。来源:Epec公司
图3这个能量密度比较显示了不同的运输燃料。来源:美国能源情报署
您可能会阅读关于氢气动力的无人机的故事斗狼流动创新（DMI）该公司使用一种小型定制燃料罐和专有燃料电池，以及Vicor (图4）。这款无人机在商业用途中，索赔的飞行时间大于比较大小和重量的电池供电的无人机。看到最近EE倍列。”氢燃料电池驱动的无人机。“
图4这是斗山无人机的氢气电池电力子系统，范围和飞行时间远远大于相当的电池供电单元。来源:斗山流动创新
工程师和过程专家知道建立一个小型原型或模型是一件事，另一件是缩放到商业上可行的尺寸。例如，由于难以应变的问题和成本令人难以升级而不是谦虚地升级，因此在电池化学中的许多潜在的有望的进步永远不会使其从飞行员到满量程的生产中的全面生产。
氢作为燃料可能就是这种情况。看起来氢和燃料电池的组合是一个更好的选择，甚至比最好的锂电池。也许是,也许不是。原因是，仅靠燃料能量密度不足以成为一种可行的能源，尤其是当你扩大规模时。还有燃料存储、原始能源转化为能源以及飞机后续动力的问题，可以是电动的，但不一定是。
最近的一篇文章今天的物理名为“氢动力飞机可能会得到提升“”讨论了与氢气相关的广泛问题，作为“梦想”高密度燃料，包括当您在罐的重量和尺寸和其他子系统所需的含有和使用氢气的子系统时净能量密度。它还指出，氢气可以两种方式使用：燃烧或燃料电池。
如今的燃气涡轮喷气发动机，就像许多商用客机上使用的发动机一样，只需相对较少的改装就能燃烧氢气。菲利浦·安塞尔是美国宇航局资助的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的飞机高效电子技术中心主任，他说:“你几乎可以把氢加入到今天的引擎中。”
替代方案是在板载燃料电池中使用氢气，这是几十年（思考Apollo Moon Moission）以及技术和燃料 - 细胞材料的显着进展，以及他们的管理和输出电力转换。
对于大型飞机来说，氢燃料乍一看很有吸引力，但当你看到燃料系统及其驱动的引擎和发动机的系统级数据时，你很难击败碳氢燃料的功率/重量比，而不仅仅是原始燃料本身。如果从出租车到更大的以氢和燃料电池为动力的载客飞机成为现实——这是一个非常大的“如果”——那将是很有趣的，看看需要什么样的进步和达到什么样的程度。会不会是许多中小型改进的累积?还是会有更大的突破，只是我们现在还看不到?如果历史告诉我们什么，那可能是其中之一，也可能是两者兼而有之。
即使氢是未来的清洁燃料，这里也有一些讽刺。尽管氢资源丰富且无处不在，但提取氢作为燃料并非微不足道。例如，沙特阿拉伯有一个耗资50多亿美元的氢工厂计划，白天利用阳光，晚上利用风能进行“绿色”生产。建设尚未开始，但目标是到2025年投产，日产650吨，大约是魁北克现有最大的绿色制氢设施日产9吨的1.5个数量级。有关更多信息，请参见“位于沙特沙漠的绿色氢电厂旨在提供清洁能源”,发表在《华尔街日报》。
您在飞机中使用氢气，燃料电池和电动推进的看法是什么？是否适用地上车辆和小型无人机的课程，以及在多大程度上？或者，当所有人说和完成时，商用飞机的另一个“管道梦”是另一个“管道梦”？
本文最初发表于edn.。
比尔Schweber是一位撰写了三本教科书、数百篇技术文章、观点专栏和产品特性的EE。
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