氫燃料飛機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：UltraLAB 創(chuàng)建時(shí)間：2020-09-23
氫燃料飛機(jī)的實(shí)例教程
據(jù)HES創(chuàng)始人塔拉斯·范科維茨（Taras Wankewycz）介紹，據(jù)如果采用壓縮氣態(tài)氫作為燃料，足以攜帶4名乘客飛行5個(gè)小時(shí)，航程達(dá)到500公里，如果使用液態(tài)氫作為燃料，有可能將續(xù)航時(shí)間增加到15-20小時(shí)，航程可達(dá)到5000公里。
二、模塊化、可快速更換的推進(jìn)系統(tǒng)提高飛機(jī)運(yùn)營效率
在電動(dòng)汽車市場，氫燃料電池是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。寶馬公司在21世紀(jì)初開發(fā)了一種液氫燃料汽車，但遇見了氫燃料長期儲(chǔ)存和蒸發(fā)損失的問題。為了避免遇見類似的問題，HES能源系統(tǒng)公司提出了可更換推進(jìn)系統(tǒng)模塊概念，并結(jié)合自動(dòng)燃料填充技術(shù)，最大限度地縮短氫燃料制備和消耗之間的時(shí)間。
按照設(shè)計(jì)，推進(jìn)模塊（存儲(chǔ)箱、燃料電池和控制裝置）安裝在機(jī)翼下方電動(dòng)機(jī)的后部。在飛機(jī)降落后，自動(dòng)地面車輛（AGV）將收集使用過的模塊并將其運(yùn)送到現(xiàn)場氫制備設(shè)施處進(jìn)行再填充。與此同時(shí)，另一輛AGV將備用推進(jìn)模塊運(yùn)送到飛機(jī)處并重新安裝。
為耗盡的推進(jìn)模塊重新填充氫燃料，同時(shí)將準(zhǔn)備就緒的模塊運(yùn)送回飛機(jī)。
與大型鋰電池組充電過程相比，更換推進(jìn)模塊使飛機(jī)能夠更加快速地完成“加油”，HES研發(fā)的自動(dòng)電推進(jìn)模塊交換系統(tǒng)僅需10分鐘即可完成一次燃料更換，極大縮短元素一號再次起飛的等待時(shí)間。
三、可再生能源現(xiàn)場制氫實(shí)現(xiàn)零碳排放
在HES的設(shè)計(jì)概念中，氫燃料將在運(yùn)營元素一號的小型機(jī)場內(nèi)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場制備。
當(dāng)前，氫氣的生產(chǎn)制備大多來自于天然氣，而天然氣是一種化石燃料。在HES的商業(yè)模式中，現(xiàn)場制氫將由來自風(fēng)力發(fā)電場或太陽能公園的可再生能源提供動(dòng)力，真正實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)到消耗全過程的100％零碳排放。
HES正在與氫燃料發(fā)電公司合作，研究加速燃料重新填充和減少氫制備過程能量消耗的技術(shù)。當(dāng)前已經(jīng)有公司開發(fā)出一種無需外部壓縮機(jī)即可制備壓縮氫氣的方法。
AGV從飛機(jī)上移除用過的推進(jìn)模塊以重新充能。
展開 蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，為了滿足日益增長的可再生氫需求，同時(shí)為可持續(xù)處理垃圾提供新途徑，可再生氫系統(tǒng)制造商Ways2H Inc.等機(jī)構(gòu)在東京建成一座工廠，可將廢水污泥轉(zhuǎn)化為可再生氫燃料，用于氫動(dòng)力汽車和發(fā)電。
（圖片來源：greencarcongress）
該設(shè)施位于東京灣附近，每天可處理1噸干污泥，生產(chǎn)40-50公斤氫氣，足以為10輛乘用車提供燃料。目前，由戶田公司(TODA Corporation)牽頭的建設(shè)項(xiàng)目已經(jīng)完工，兩家公司計(jì)劃在2021年年中開始擴(kuò)大運(yùn)營。
除廢水、污泥外，該工廠還可處理塑料、紙張、城市固體垃圾和其他垃圾。將垃圾加熱至高溫，使其轉(zhuǎn)化為氣體，然后從中提取純氫。該設(shè)施通過閉環(huán)過程生產(chǎn)燃料。
該熱化學(xué)工藝可將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可再生氫氣，其特色在于以氧化鋁球?yàn)榧訜彷d體。在熱解爐中，將氧化鋁球(熱載體)加熱至高溫，并使其與木屑和污水、污泥等生物質(zhì)材料接觸，從而產(chǎn)生含有氫、CO、CO2和甲烷的熱解氣體。
在重整區(qū)內(nèi)，熱解氣體在較高溫度下通過部分氧化與水蒸氣接觸，通過水蒸氣重整反應(yīng)生成富氫氣體。通過混合熱載體和原料，可以避免反應(yīng)爐內(nèi)熱量不均勻。該公司表示，這可以防止產(chǎn)生焦油，有助于解決傳統(tǒng)氣化廠出現(xiàn)的設(shè)備堵塞等問題。
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展開 在模擬燃料電池環(huán)境下在中執(zhí)行動(dòng)作電位測試。測試結(jié)果表明，涂層陽極板的性能明顯優(yōu)于未涂層陽極板的性能。是實(shí)驗(yàn)證。事實(shí)上，聚苯胺薄膜是防止腐蝕環(huán)境內(nèi)滲的有效屏障。
鈦雙極表面沉積了Ni-P /TiN/PTFE涂層。模擬燃料電池環(huán)境下恒電位極化5小時(shí)變形的雙極板腐蝕電流密度為0.48 a/cm2 [腐蝕電位-0.16伏(vs.she)]，接觸角和接觸電阻分別為112.4和5.2米 cm2。聚合物改造的陽極板的耐蝕性都有所提高，可以做到。雖然足以滿足美國能源部的要求，但機(jī)械性能和實(shí)際工作環(huán)境中的耐久性仍有待考察。
通過上述研究，可以通過表面涂層及表面合金化等表面改性手段提高不銹鋼的耐蝕性，減少表面接觸阻力，使不銹鋼陽極板滿足燃料電池的應(yīng)用。
隨著燃料電池技術(shù)的成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不再局限于宇宙、國防等，而是逐漸向汽車、家庭移動(dòng)、擴(kuò)大小型發(fā)電站等民間領(lǐng)域。為了與鋰、超級電容器等儲(chǔ)能技術(shù)競爭，必須減少燃料電池的成本。
對于不銹鋼雙極板的表面改性技術(shù)，如何在保證不銹鋼性能的同時(shí)控制制造工藝？波恩、規(guī)模化、大規(guī)模生產(chǎn)將成為未來的主要發(fā)展方向。
表面涂層技術(shù)對設(shè)備要求很高。特別是表面電鍍貴金屬層的成本太高，難以滿足大容量、低成本。本不銹鋼陽極板的表面?zhèn)€性表面合金化是一種合金元素，與表面涂層技術(shù)相比，設(shè)備要求低，可用。選擇范圍廣，能更好地控制成本，便于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，表面合金變質(zhì)層和襯底冶金黃金組合沒有涂層脫落的危險(xiǎn)，壽命更長。因此，表面合金化技術(shù)有望成為燃料電池不銹鋼鋼雙極板表面改性的有效方法。
（三）結(jié)論和展望
無涂層石墨、金屬和復(fù)合雙極板的制造工藝成熟，但仍然復(fù)雜、昂貴且穩(wěn)定性不好的問題。
目前，最有可能在商業(yè)上推廣的是多層氮鉻化合物電鍍和導(dǎo)電碳膜陽極板。聚合物涂層陽極板雖然表現(xiàn)出來。雖然耐蝕性和導(dǎo)電性高，但力學(xué)性能不好，無法承受燃料電池堆疊組裝帶來的磨損。
展開 氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述
大氣污染的一大來源是燃油汽車的尾氣，為了減少污染，科學(xué)家們研發(fā)出了氫燃料電池車。氫燃料電池車與傳統(tǒng)燃油汽車相比有三大優(yōu)勢：
1、無污染，燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的（光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等），整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過程。
2、無噪聲，氫燃料電池運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55dB，相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對噪聲有限制的地方。
3、高效率，氫燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過熱能和機(jī)械能（發(fā)電機(jī)）的中間變換。
盡管氫燃料電池車好處多多，但也還有許多需要解決的問題，否則很長一段時(shí)間內(nèi)都是無法取代傳統(tǒng)燃油汽車的。比如氫燃料電池的能量來源--氫氣，氫氣是一種常態(tài)下是一種極易燃燒的氣體，爆炸下限也很低，同時(shí)氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，在同等條件下（溫度,壓強(qiáng)），氫氣熱運(yùn)動(dòng)的速度更快，更容易從容器的縫隙中逃逸。也就是說儲(chǔ)存氫氣的容器密封性稍微差一些就極易發(fā)生氫氣泄露，氫氣泄露不僅僅是使得燃料電池系統(tǒng)的性能下降，更可怕的是可能引發(fā)爆炸以及火災(zāi)，會(huì)嚴(yán)重威脅到我們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
既然氫氣爆炸這么危險(xiǎn)，那有沒有辦法在氫氣泄漏前期，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到爆炸下限之前發(fā)現(xiàn)它，提前采取措施最大限度保證我們的生命財(cái)產(chǎn)安全呢？氫氣又是無色無味難容于水的氣體，一般情況下人們是無法直接發(fā)現(xiàn)氫氣泄露的，這就需要采取其他的手段去檢測了。在這里深圳市新世聯(lián)科技有限公司推薦一款適用于氫氣泄露檢測的傳感器TGS2615-E00。TGS2615-E00是日本FIGARO研發(fā)的半導(dǎo)體原理傳感器，響應(yīng)快速、功耗低、體積小，TGS2615-E00 為了消除酒精等干擾氣體的影響而設(shè)置了過濾層，顯示出對氫氣極高選擇性的靈敏度特性。
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氫燃料飛機(jī)的最新內(nèi)容
本文原刊登于Ansys.com：《How Simulation Addresses Hydrogen Fuel Challenges》
作者：Kyutae Kim | 大田韓國科學(xué)技術(shù)院航空航天工程副教授
Kiyoung Jung | Ansys主任應(yīng)用工程師
編輯整理：姚翔 | Ansys高級應(yīng)用工程師
位于大田的韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）正在與Ansys合作，利用大渦模擬仿真預(yù)測氫甲烷混合火焰的火焰結(jié)構(gòu)
<p>氫能有望減少溫室氣體排放，并幫助在 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放目標(biāo)。在面對能源供應(yīng)和低碳排放目標(biāo)的雙重壓力下，氫能作為綠色新能源產(chǎn)業(yè)愈發(fā)受到重視，采用可再生能源電解水制氫并作為燃料供給燃料電池，成為氫能綠色應(yīng)用的典型方式。</p><p>Ansys CFD產(chǎn)品提供專門的電解制氫和燃料電池仿真模塊，可對質(zhì)子交換膜電解水、堿性電解水、質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池等多種氫能生產(chǎn)及利用過程進(jìn)行仿真模擬
1 機(jī)理建立
抑制劑的詳細(xì)機(jī)理包含四個(gè)子機(jī)理: (1)烷烴/空氣燃燒子機(jī)理:(2) 氟碳抑制子機(jī)理;(3)氯氟交互作用子機(jī)理;(4)碳抑制子機(jī)理。對于碳?xì)浠鹧嫒紵捎肁ramcoMech的 C1-C4 機(jī)理，包含 111 個(gè)組分，784 步基元反應(yīng)。涉及到氟組分在碳?xì)浠鹧嬷械囊种品磻?yīng)采用 NIST HFC 機(jī)理，包含 51個(gè)組分600步基元反應(yīng)。關(guān)于碳與氯相互作用的反應(yīng)采用 Leylegian
I
在我國雙碳目標(biāo)戰(zhàn)略下，氫能已經(jīng)成為應(yīng)對氣候變化、構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的重要組成部分。氫能的產(chǎn)業(yè)鏈很長，主要包括從“生產(chǎn)”、“儲(chǔ)存與運(yùn)輸”到“使用”三個(gè)環(huán)節(jié)。我國氫能產(chǎn)業(yè)仍處于成長期，還存在很多亟待解決的問題，如膜電極材料及制備工藝，氫脆現(xiàn)象，系統(tǒng)集成等
氫能源仿真測試系列直播
本次研討會(huì)整合西門子綠色氫能行業(yè)的仿真測試解決方案
隨著人們對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)逐漸提高和自然資源的不足，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)將到了社會(huì)，受到越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)能源相比，PEMFC具有效率、壽命、零排放、低溫快速啟動(dòng)等特點(diǎn)，可以同時(shí)解決部分問題。能源和環(huán)境保護(hù)兩大世界難題是未來最有希望的能源之一。目前，PEMFC開發(fā)和商業(yè)化進(jìn)程局限性主要來自可靠性、耐久性差和高成本。
PEMFC的重要組成部分雙極板約占電池堆棧的80%，成本約占
隨著人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們越來越了解到環(huán)保的重要性了，越來越重視環(huán)保了，常言道是金山銀山，不如綠水青山。若是一味地向地球索取，污染環(huán)境，不知滿足，不懂與自然和諧共處，終將自食惡果，給子孫后代留下滿目瘡痍的地球。
大氣污染的一大來源是燃油汽車的尾氣，為了減少污染，科學(xué)家們研發(fā)出了氫燃料電池車。氫燃料電池車與傳統(tǒng)燃油汽車相比有三大優(yōu)勢：
1、無污染，燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過可再生能源產(chǎn)生的
在氫燃料電池汽車中成本占比不高，但卻發(fā)揮著重要作用的元器件，它就是傳感器。
氫燃料電池車用傳感器主要有氫氣傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器等，每種類型的傳感器作用不同，技術(shù)難度有差異。目前國內(nèi)氫燃料電池汽車所用氫氣傳感器和壓力傳感器主要采用進(jìn)口產(chǎn)品，氫氣傳感器以日本Figaro為主，壓力傳感器則以瑞士Huba Control、美國Sensata為主，溫度傳感器國內(nèi)產(chǎn)品市場占比相對較高。
造成氫燃料電池車用傳感器市場高度依賴進(jìn)口的原因有很多
在活性腐蝕介質(zhì)中使用的機(jī)身承力結(jié)構(gòu)件，一般要采用高強(qiáng)度耐蝕鋼，裝備氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)要選用無碳耐蝕鋼作為在液氫和氫氣介質(zhì)中服役的構(gòu)件材料。
21世紀(jì)的飛行器機(jī)身結(jié)構(gòu)材料還是以鋁合金為主 ，包括2XXX系、7XXXX及鋁鋰合金。在鋁合金中加入鋰，可在提高強(qiáng)度的同時(shí)降低密度，實(shí)現(xiàn)提高構(gòu)件的比強(qiáng)度和比剛度的目標(biāo)。
封面圖來源：材料智鏈??
（3）世界首架氫燃料通用飛機(jī)完成首飛
2020年9月，英國ZeroAvia 公司研制的首架氫燃料民用飛機(jī)成功完成首飛。該機(jī)在“派珀”M型6座飛機(jī)的基礎(chǔ)上改裝，飛機(jī)航程和載重基本不變，但運(yùn)營成本明顯降低。
