Universal Hydrogen 使用干编织碳预制罐作为航空脱碳计划的一部分

图片来源：Universal Hydrogen

空中客车公司（荷兰莱顿）和联合技术公司（美国康涅狄格州法明顿）的前首席技术官 Paul Eremenko 共同创立了 Universal Hydrogen（美国加利福尼亚州洛杉矶），以提供必要的基础设施氢动力航空。航空旅行约占全球温室气体排放量的 2.5%。空中客车公司和法国政府已宣布计划通过开发第一架脱碳商用飞机于 2035 年投入使用来解决这一问题。空中客车公司已宣布三款初步飞机设计，均基于氢燃料推进。

“在我们看来，关键挑战是基础设施，”Universal Hydrogen 首席技术官 J.P. Clarke 说。 “我们希望利用现有的集装箱货运基础设施与新的高效技术相结合，而不是花费时间和成本来建造管道和专门的氢运输系统，以提供低资本投资的解决方案。我们的双胶囊模块可轻松填充、运输和装载到飞机上，并且重量比电池轻得多。这种方法也是可扩展的。随着需求的增长，供应网络也在增长，只是增加了流通模块的数量，但进入门槛很低。”

涡轮螺旋桨飞机改装

该公司计划通过将 ATR 和 Dash 8 双涡轮螺旋桨支线飞机转换为氢燃料电池推进器来启动市场。为这些飞机开发的双胶囊模块使用 850 bar 气缸，由多层、重量优化、连续碳编织预制件制成，位于低渗透膜上，用于高压储存氢气；或两个金属罐，绝缘但未主动冷却，用于运输液氢。这些模块的尺寸设计为可提供 400 海里的高压气体射程和 550 海里的液态氢。

最多三个模块将通过检修门装入飞机的后机身，作为补充型号合格证 (STC) 修改的一部分，这些模块略微加宽。氢气将通过机身外部的管道输送到机舱中，每个机舱都用一个 2 兆瓦的燃料电池堆代替涡轮螺旋桨发动机，为螺旋桨的电动机提供动力，外加一个较小的电机作为辅助动力。燃料电池使用氢气作为燃料，只排放水蒸气，在飞行条件下收集和倾倒水蒸气，当不产生凝结尾迹时，将对环境的影响降至最低。包括发动机舱散热器在内的热管理系统将冷却燃料电池和电机。

改造的目的是在基于气体或液体燃料的上述范围内保持飞机性能，但确实需要减少两排座椅以容纳双油箱模块。后厨房也移到前部，减少了两个座位，总容量减少了 40 名乘客。尽管如此，Universal Hydrogen 估计，就每可用座位英里的成本而言，运营经济性大致保持不变。

尽管氢气目前比喷气燃料更昂贵，但随着宣布和计划的大量生产增加上线，其成本预计会下降。 Eremenko 还估计，与内燃机相比，燃料电池电动动力总成的维护和检修成本至少可降低 25%。

商业模式、时间表和合作伙伴

Universal Hydrogen 计划提供氢燃料模块和改装套件，用于改装 Dash 8 和 ATR 飞机，目标是在 2024 年投入使用。 Eremenko 描述了为区域运营商的氢转换提供补贴，实质上是提供“低成本到无成本的转换”以换取长期氢燃料合同。

在这个初始阶段之后，该公司的目标是将其转换计划作为开源设计发布，可供小型飞机的开发商定制，从城市空中交通到通勤飞机市场。该公司计划与区域和大型运输机身的原始设备制造商合作，从 ATR 和 De Havilland Canada，到波音和空中客车，以期降低使用氢气的决定的风险。

Universal Hydrogen 正在朝着最终设计迈进，预计到 2021 年将展示动力总成和燃料模块。随后将进行实验飞行测试，然后进行认证。与此同时，该公司将完善其氢物流网络并开发燃料模块的生产系统。到目前为止，它的创始人和合作伙伴已经自筹资金约 500 万美元。据估计，实现第一笔收入大约需要 3 亿美元。

尽管 Universal Hydrogen 将专注于通过氢燃料电池为飞机提供动力，但相同的燃料模块也可用于为在改进的喷气发动机中燃烧氢的飞机提供动力。为这家初创公司提供咨询的前空客首席执行官汤姆恩德斯表示，该公司的中程单通道飞机的目标包括全球绝大多数航班，并提供了巨大的市场潜力。