航空電氣化依然路途遙遠

近年來，電力革命席捲了火車、輪船乃至汽車，飛機卻不在其中。

現在，新的技術正在讓客機進行電動化改造，可能將從根本上改變航空業的經濟環境前景。截至目前，飛機必要的電池每個重量為兩噸，限制了其從化石燃料轉變為電動化的未來。

然而，上個月，一個由空中客車、勞斯萊斯和西門子組成的財團表示，他們已經找到了一種利用混合動力噴氣發動機來克服重力的方法，他們正將一架飛機改裝為示範飛機，稱其為「E-FanX」，預計項目於2020年完成。

混合動力飛機將取得突破

勞斯萊斯首席技術官保羅·斯坦說：「兩噸的電池組太重了，向重力屈服是一個巨大的挑戰，所以重量是一個大問題。」BAE146型飛機是一架可以乘坐100人的噴氣式飛機，改造過程是先將4個燃氣渦輪發動機其中的一個替換為混合動力發動機，這台發動機將使用電池和攜帶型發電機（用燃料發電）驅動。一旦成功，小組團隊將再增加兩個電動發動機。西門子正在設計2兆瓦的電動機，勞斯萊斯製造設計該發動機的動力裝置，空客將集成系統安裝在飛機上，並與飛行控制系統連接在一起。現在，他們正在開發混合動力發動機，這之中主要原因是完全實現商業化電動飛行是遙不可及的。

按照同樣磅數換算情況下，化石燃料的能量大約是鋰電池的100倍，而鋰電池是當前應用最廣泛的電力電池。在汽車上應用鋰電池，由於車輪有地面的支撐，工程人員在設計車輛時可以藉此抵消掉重量的不利因素。但在一台必須把自己從地面上抬起並向上推進的機器中，這是一個難以解決的問題。

這雖是個棘手的困境，但航空業熱情地擁抱了新的挑戰。「航空業一直避開電氣化，主要原因是零部件的體積和重量。」斯坦說：「但是技術已經在快速發展了。」航空電氣化正蓄勢待發並對行業產生重大影響。

電氣化飛機的三種類型

斯坦介紹說，三類航空飛機可能在電動發動機革命的範圍內。「最小的是空中計程車，可以攜帶1~4名乘客飛行75英里。對這類飛機來說，電池技術已經可以應用了。」這些空中計程車看起來像是飛行汽車，比如谷歌創始人之一拉里·佩奇所擁有的。再如Terrafugia公司的「空陸兩用飛機」，在地面上可以像標準車輛一樣行駛。配上一個單車庫，預定價格為30萬美元。斯洛維尼亞公司Pipistrel正在使用一種雙座的電動飛機進行訓練，空中客車公司開發了一款雙座飛機E-Fan，它於2015年成功飛越了海峽。

第二個市場是小型的支線飛機，可以載客10~100人。「我們的目標是固定機翼、區域混合設計。」斯坦談起E-FanX項目時這樣說。而第三個市場———以空客A320和波音737機型為主導的短途商用市場———仍需要很長時間才能實現。

固態鋰離子電池頗具潛力

航空公司正饒有興緻地關注著電池技術的發展，易捷航空希望電動飛機載客（短途距離）可以在未來10年到20年實現。該公司與美國一家工程公司萊特電氣簽署了一項協議，主要內容為開發能夠從倫敦抵達巴黎和阿姆斯特丹的電動飛機。

電動飛機對航空公司的吸引力是顯而易見的，根據油價，噴氣燃料在過去幾年裡佔了運營成本的17%~36%，專家認為E-FanX可以節約15%的燃料。電動汽車領域技術的迅速發展很可能推動航空業電動化的進程，未來幾年極有可能出現科學突破。三星電子最近宣布，其科研人員將鋰離子電池容量提高了45%，並通過石墨烯——一種超薄的碳形式——加入到電源包中，減少了充電所需的時間。鋰離子電池最大的壞處是不穩定，容易過熱和起火，這在高空時就更為危險。斯坦說：「對我們來說，安全是至高無上的。

我們必須保證安全邊際是非常高的，不能有電池化學的風險。」因此，很多人都投入巨資和大量腦力開發化學電池的替代品。一個很有希望的選擇是固態鋰電池，它用固體代替了當前電池的液體電解質。這種電池提供更高的能量密度，而且大規模生產也很便宜。巨大的財富在等待那個能夠破解問題的人，生產出更便宜、更環保安全的下一代電源。

（文章來源：英國《衛報》）

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