连天空都会变“绿”吗?

德国科隆，飞机“尾气”遍布天空，研究人员正试图消除这种污染源，使飞行更具可持续性。

摄影：FEDERICO GAMBARINI, AP

一架客机，洲际飞行一次，相当于一辆汽车整年的碳排放量；飞机航迹云造成的卷云，已成为温室效应的罪魁之一；全球客货飞机总数已达3万架以上，航班达数千万架次。



世界旅游组织（UNWTO）预估，到2030年，全球将有20亿人选择乘飞机出行，且就长途飞行而言，此举几乎不可避免；此外，飞机场造成的污染也能扩散至方圆16公里以外。实现绿色环保的飞行，已日益提上世界各国日程——毕竟，“碳从天上来”，且日复一日。



摄于新加坡一家飞机维修厂，图中是一部依靠煤油作燃料的涡轮发动机。该国正在研制能减少碳排放的生物燃料和合成燃料。

摄影：JUSTIN GUARIGLIA，REDUX

太阳能电池板、风力涡轮机、电动发动机、氢燃料电池、磁悬浮......其实，这些你能想到、看似高级的清洁能源，并不能为客机提供足够持久、足够强劲的动力；绿色飞行的技术革命，短期并不容易实现；但我们距离它又有多远呢？

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撰文：SAM HOWE VERHOVEK

摄影：DAVIDE MONTELEONE

难以承受的空客之重





Flying-V由荷兰代尔夫特理工大学开发，模型翼展为3米，但实物的翼展将超过60米。这种设计被称为混合翼体，可能比传统机翼的性能高20%。

目前全球有100个电动飞机项目正在进行中。虽然“0排放”电池发动机已在“短时短途”领域出现喜人进展，但据美国运输工程业协会、SAE国际航空航天标准总监David Alexander估算，欲让大型飞机上天，将需要440万块笔记本电脑电池的动力，其重量将是机身的7倍。



虽然飞机已变成了普通交通工具，但世界上仍有80%的人没有乘坐过飞机。NASA气象专家Peter Kalmus说：“按单位时间来算，几乎没有什么比乘飞机更危害地球健康了”。在人类导致的二氧化碳排放总量中，商业航空占据2.5%左右。



劳斯莱斯装配厂，一台飞机发动机正准备安装风扇外壳，该公司是民用航空发动机的最大供应商之一。

环保飞行燃料可行吗？





劳斯莱斯的创新部件——“超扇（UltraFan）”，压缩机的转子盘和叶片成为一个整体单元，可使飞机发动机趋向更轻、更高效。



“超扇（UltraFan）”的每个叶片都将由碳纤维复合材料制成



慕尼黑工业大学的研究人员正与空客公司合作，研究利用藻类制造生物燃料，以及试图制造用于轻型飞机的碳纤维；藻类在生长过程中吸收大气中的二氧化碳，并能将它们转化为生命的“燃料”。

比如可持续航空燃料(SAF)，它是由食用油或非棕榈废油、包装、纸张、纺织品和食物残渣等原料制成。与传统喷气燃料相比，使用SAF可减少碳排放；SAF也是一种“灌入即用”的燃料，对发动机改装要求较小，无需增加机场的基础设施。但使用SAF比使用煤油成本高出2-6倍；所以目前，SAF产品是与标准燃料混合使用的，以降低成本。



劳斯莱斯公司首席技术官Paul Stein认为，推广SAF任重而道远，该企业开发的新时代产品“超扇（UltraFan）”是迄今最大且最高效的喷气发动机之一，旨在使用替代燃料驱动。

0排放≠0污染





复合材料制成的MAVERIC，翼展仅3米多，采用“翼身融合”的设计理念。一旦成功有望使碳排放量比普通飞机减少40%，空客公司计划用15年完成投产到载客，主打“0排放飞行”。

本图来源：lifestyo.com

和时下大火的电动汽车一样，0排放并不意味着0污染。当今大部分氢来自于化石燃料，空客公司面临“如何生产和储存氢燃料”的问题。只有生产真正的“绿色氢”，也就是电解水使氢氧分离的产物，才是真正的0污染。

除了来源困难，氢的储存也是个难题，比如美国太空项目中使用-253°C的液态氢，它需要极高压和苛刻低温来维持状态，这就要耗费巨大能量和成本。



德国慕尼黑Lilium公司的的员工在一架全尺寸模型旁工作，该飞机可垂直起降，由36个电动喷气发动机提供动力。



Lilium设计的电动喷气发动机



隔音室内，Lilium公司在测试新型电动引擎产生的噪音



发动机将安装在襟翼中，可以通过调整来提供垂直升力和水平推力。

如果氢以气态储存，则飞机上需要给它留出巨大空间，燃料罐需要扩容数倍才能产生与煤油同等动力。但面对棘手的问题，空客公司美洲分部副总裁Amanda Simpson仍坚信氢就是航空发展所需的清洁能源；波音公司在2008年曾试飞世界第一架全氢动力飞机，但无果。

打个“飞的”出门？



Wisk是致力于探索未来城市空中交通的公司之一。



据“垂直飞行协会”统计，与用电力驱动的Wisk一样，处于开发阶段的垂直起降飞行器至少有475款。

Wisk公司的首席执行官Gary Gysin表示，他们会严格遵守美国联邦航空管理局（FAA）繁琐的管制程序，技术和轻量级复合材料方面的喜人进展，使飞行汽车的实现不再是空中楼阁。虽然电动飞行受到电池重量和容量的严格限制，但在一定领域内已成为现实。



空客公司已对其“城市空中客车”进行了全面试飞——这种直升飞机由四块方形电池提供动力。



海港航空(Harbour Air)研发的电力飞机于2019年12月完成首次试飞。电动飞机航程一般不超过35分钟，机载电池一次充电可飞行至少1小时。

本图来源：sunshinecoastcanada.com



北美马赛诸塞州的海角航空(Cape Air)，是全球第一家宣布将推出全新全电动飞机的航空公司，名叫“Alice”的新式飞机配备9个座椅，流线型机身、T形机尾、双螺旋桨。但问题仍然存在：仅电池就占用了60%的空载重量。

（本图来源：CapeCod.com）

如今，电动飞行支撑着航空向绿色环保转型。支持者称，在未来15-20年内，电动客机有望搭载50名乘客飞行数百公里；有朝一日，“0排放”飞行或将成为日常。

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