航空业在减排问题上一直是一个“困难户”，现在全球航空业从大型公司到初创企业，都在探索用氢气作为化石燃料的替代方案，以此来减少碳排放。


在美国，每年就有45亿人次乘坐飞机，有超过1600万架次飞机起飞。如此体量的航空业在减少碳排放问题上一直是一个困难户，根据国际非政府组织“全球碳计划”的数据，航空业的二氧化碳排放量占到了全球总体的大约2.5%，并且航空业碳排放量还在持续增加。


航空公司也在向飞机制造商们提出要求，希望能减少燃烧化石燃料，这还不仅是为了环保，通过减少使用化石燃料可能还能节省数百万美元。航空业现在有一种解决方案，它产生的能量可以与化石燃料相媲美，并且不会产生碳排放，答案就是氢气。


1、变废为宝的燃料


所谓可持续航空燃料，指的是由动植物废弃油脂等材料制成的绿色燃油，与化石燃料相比它在使用过程中的碳排放量要少至少70% 。





去年年底，美国联合航空公司采用100%可持续航空燃料进行了全球首例客机运营，这一燃料由烹饪油和农业废料制成，航班从芝加哥顺利抵达到华盛顿，为可持续燃料飞行喂下一颗定心丸，这次飞行的燃料由可持续航空燃料公司Alder Fuels和科技公司Honeywell联手提供，像Alder Fuels等大多SAF公司目前所转化的主要原料还是废弃物，比如餐饮废油、农林废弃物和动植物油脂，但目前来看，是否有足够多的废弃物可供转化仍是比较大的难题。


Twelve这家公司因为走了另一条路线获得了许多关注，他们的核心专利技术是叫做E-Jet®的零碳无化石喷气燃料，这一过程只需要二氧化碳、水和电作为原料，就可以通过化学反应器将二氧化碳转换成新产品，航空燃料便是重要应用之一。过去几年内，电力再生、二氧化碳捕捉和电解器等Twelve所需的技术成本都在降低，因此Twelve生产E-Jet®过程的成本也比目前其他SAF生成方式更便宜。


Twelve这一二氧化碳转化技术还能够生成多种产品，比如它和汰渍合作产出了全球第一个二氧化碳产出的洗衣粉，和梅赛德斯合作产出了全球第一批二氧化碳制成的汽车零件，和NASA合作为火星计划生成工具、燃料，甚至是空气。


现有的飞机并不需要进行任何调整就可以使用E-Jet®燃料，而与传统的喷气燃料相比，E-Jet®飞行过程过程中产生的排放量要少90%。


就在去年，国际航协（IATA）在第 77 届年会上批准了全球航空运输业于 2050 年实现净零碳排放的决议，Twelve的技术不但能够在飞行过程中减少碳排放，而且在生产过程中也在源头上消灭碳体积，一举两得式加速实现碳中和目标。


在2021年，Twelve的E-Jet®燃料被美国空军进行试用并通过了质量测试。Twelve如今已经完成了超2亿美元融资，National Science Foundation、DCVC、Capricorn Investment Group和Carbon Direct都是背后投资者，它还被Fast Company评为2022年最具创新力的公司之一。就在8月，Twelve宣布与阿拉斯加航空和微软都达成合作，加速生产及商业化这一基于二氧化碳的新型航空燃料。


在社会领域，政府、航空公司和科技巨头也在SAF上进行了不少扶持，像是美国今年出台的通胀削减法案就包括5亿美元的预算来用于生物燃料的发展和分给SAF领域的免税额度；上面提到的Alder Fuels在7月和波音达成了合作关系来加速国际范围内SAF的生产，预计在2024年完成第一个生产工厂的建设；清洁能源初创公司LanzaJet在今年1月获得了微软投资的5000万美元，将在乔治亚州建立第一个工厂。


2、氢能飞机


与此同时，有部分航空公司已在布局更加清洁的氢能飞机。


4月20日，霍尼韦尔在天津举办霍尼韦尔绿色发展峰会，会上发布了《为可持续航空加油》行业白皮书（下称《白皮书》）《白皮书》指出，目前SAF仅占航空燃料消耗量的一小部分，根据美国和欧盟设定的政策，预计该占比到2030年将达到5%。


2022年11月，罗尔斯·罗伊斯公司与易捷航空成功测试氢燃料飞机发动机，为世界航空领域首次。随后，空中客车也宣布正在开发一种以氢气为动力的燃料电池发动机，计划于2035年投入使用氢动力商用飞机。


去年10月，Rethink Research发布报告表示，SAF将完全被氢燃料飞机所取代，包括氢电动（H2-EI）和氢内燃（H2-ICE）。


“如果使用的氢气是由100%的可再生能源生产的，那从头到尾的碳排放将真正为零。”上述报告提及，到2030年，SAF将占全球航空燃料的不到1%。


《白皮书》对SAF和氢气作为商用航空燃料的两条路径进行了对比，认为两种路径的可行性均受到政策杠杆和激励措施、示范和商业化、基础设施投资等影响。





“氢燃料具有两个明显的优势。”《白皮书》表示，首先氢气燃烧时不含二氧化碳，整个生命周期产生的碳排放强度会非常低；其次氢气具有非常高的比能量，这意味着从化石/生物质燃料中获得同等能量输出所需的质量更少。


但《白皮书》同时指出，尽管氢气具备一些有吸引力的物理特性，但要实现商业化还需要应对几大挑战。


首先，飞机燃料需要液态氢以满足操作和安全要求，且相同能量下，液态氢体积是常规喷气燃料的约四倍。


此外，现有飞机和配套基础设施（如压缩、 管道和储存）需要扩充，以及氢液化需要新的投资。


“其他难以减排行业对氢燃料的争夺，也可能会导致低碳氢的市场价格上涨。”《白皮书》称，可再生氢的可用性可能会受到电解槽调试速度和电网脱碳速度的限制，后者也会受到其他行业电动化步伐的影响，导致电力总需求增加。


《白皮书》整体上认为，短期内氢能取代SAF存在困难。


《白皮书》提出，与氢能燃料相比，SAF的优势在于当下就能获得合理的产出，且现有基础设施非常适合SAF燃料的运输和配送。随着生产能力的提高和更先进工艺技术的应用，SAF的部署范围可能更加广泛，价格可能进一步降低。


“可再生氢还没有满足上市数量所需规模的基础设施。”《白皮书》指出，目前仅有约100吉瓦的电解槽容量预计将在2030年初投入使用。


目前，中国的航空行业在采用SAF方面也动作不断。


4月，空中客车与中国航空油料集团签署了一份合作备忘录，以促进在中国使用可持续的航空燃料，并在通行标准制定方面加强合作。


美国环球氢能公司首席执行官 保罗·艾瑞蒙科：在提供同等能量的基础上，氢气是一般飞机燃料质量的三分之一到四分之一。其实它也是除核燃料外重量最轻的一种能源，这也是为什么太空发射已经在用氢气当燃料了。


目前从大型公司到初创企业都在研究氢气技术，其中最大的公司要属欧洲飞机制造商——空中客车公司。它们在开发一种混合模式，即在它们目前最大的商用飞机上加装一个氢气发动机，将传统燃料和氢气结合起来。据悉，这样的方式可以将当前的排放量减少超过20%，空中客车预计氢能概念的飞机可能可以在2035年投入使用。


不过要大规模实现氢动力飞机也绝非易事，专家表示商业化可能还需要几年的时间。并且氢燃料也有其局限性，有分析指出，氢气的一个致命弱点就是体积，它不能被存放在飞机的机翼上，并且可能会占用一架飞机大量的空间，很可能民用飞机还需要为此去掉一些座位。


不过不少业内人士都表示，还是看好氢动力飞机的发展。在应对气候变化的问题上，目前氢气是让航空业脱碳的最佳可行方案。


3、电动飞机：大佬都看好


航空业的电动化虽然较难，但并不是毫无进展，比如Google创始人之一Larry Page早在至少6年前就开始在这一领域布局了。


这个当年叫做Zee Aero的公司由来自NASA、特斯拉和斯坦福的大咖创立，早期就开发出了几款电池应用和自动驾驶的飞行器原型，据说Page为这个项目投资了超过1亿美元，还提供了私人空间供他们研究使用，屋里还放了Elon Musk送给他的SpaceX的早期火箭引擎作为装饰。


当时Page还投资了另外一家叫做Kitty Hawk的初创公司来研究类似的项目，意在挑战Zee Aero，Kitty Hawk的牵头人是Google自动驾驶汽车项目的教父级人物Sebastian Thrun，在2017年两家公司合并，在2018年进行了重新命名。


这几年来，Wisk Aero将注意力都放在了发展核心产品Cora身上，这一电动垂直起降 (eVTOL) 飞机有两个座位，在它36英尺长的机翼上安装了12个独立操作的电动升力螺旋桨，用于垂直起飞和着陆，还有一个向前飞行提供推力的三叶螺旋桨，飞行距离可以达到60英里，速度可以达到每小时112英里。


这种eVTOL类飞行工具无需飞机跑道，可以在任意地方降落，通过使用自动飞行的软件和一点点人类监督就能实现高效的起降和飞行，应用场景也非常广泛，比如去机场、购物和去看医生等等都市生活中所需的短途旅行都可以靠它来解决。


在2020年，Wisk宣布与NASA合作共同研究高级航空解决方案并合作进行展示飞行，Wisk Aero在今年1月完成了来自波音的4.5亿美元融资来加速发展Cora这一项目，波音方表示它的目标是让Wisk第六代可载客电动自动驾驶飞行器成为这一类别美国首次认证的飞行器，预计在2028年进行认证。


因为使用场景可以涉及到货运和民用空中出租车等等，这一领域目前有不少初创公司在进行研究，总融资额超过了50亿美元。


像是加州的Joby Aviation总融资超过了16亿美元，与美国国防部的交易将达到7500万美元；德国的Lilium完成了8.26亿美元融资，将在2024年开始商业化。


目前航空电力化走的缓慢的主要原因之一就是电池的表现成为了瓶颈，现在已有的一些电动飞机只能达到约30英里的航程，而且还是在不载客载物的情况下才有这样的表现，因此电池的发展也成为了初创公司的重心。


像是加州的初创公司Cuberg就主要在研究如何延长锂金属电池寿命，并在今年获得了突破，他们所开发出的电池循环寿命从370次增加到了672次，同时保存了80%的能量存储，这一电池被认为是目前世界上性能最高、寿命最长的锂金属电池。瑞典电池制造商Northvolt在今年3月对Cuberg进行了收购，帮助其扩大在湾区的生产规模，Cuberg预计将在2026年开始大规模的商业化应用，大约可以使用10万个20AH的电池每年供能约400个eVTOL类飞行器的飞行。


根据国际清洁交通委员会（ICCT）的分析，目前的电池能量密度需要翻倍才能实现初创公司进行短途飞行的目标，即使这一进展能实现，到2050年时电动飞机能取代普通飞机减少的航空排放量不超过1%。


各个赛道的努力让净航空不再只是梦想，而是成为了切实可行的目标，虽任重道远却指日可待，哪个领域能献上最强助攻呢？