比爾·蓋茨 (Bill Gates) 領銜的突破能源聯(lián)盟基金 (Breakthrough Energy Coalition)，因其華麗的投資人陣容，常被譽為投資界的『夢之隊』。

這支『夢之隊』的成員包括20多位頂級創(chuàng)業(yè)者和投資人，『首發(fā)陣容』除了比爾·蓋茨外，還有亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯 (Jeff Bezos)，臉書創(chuàng)始人馬克·扎克伯格 (Mark Zuckerberg)，前紐約市市長及彭博社創(chuàng)始人邁克·彭博 (Mike Bloomberg)，阿里巴巴創(chuàng)始人馬云等。這套陣容的身家超過3.5萬億人民幣*。

*數據來源福布斯富豪排行榜，截至2021年1月21日

2020年12月，突破能源聯(lián)盟基金領銜投資氫能飛機，使這一領域成為了投資界關注的熱點。

埃隆.馬斯克公開嘲諷氫燃料

[知識點] 氫能是一種綠色、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，如果制氫實現清潔環(huán)保可持續(xù)，那么氫能的生命周期將是一個清潔環(huán)保的閉環(huán)。同時，氫能是一種優(yōu)秀的儲能介質，可儲存太陽能、風能等不穩(wěn)定的可再生能源。氫能被視作是未來20年最具前景的能源之一。氫燃料電池系統(tǒng)是目前已知的氫能最佳利用方式。

氫燃料電池在和鋰電池的“路線之爭”中落于下風——過去的10年中，鋰電池汽車的銷售量是氫動力汽車的300倍。特斯拉CEO埃隆·馬斯克甚至公開嘲諷氫燃料。

圖片來源：Twitter

從汽車產業(yè)角度看，氫燃料確實成本太高，供應鏈欠缺——氫能的制儲運成本都很高，建設成熟的氫能供給體系（加氫站、運輸體系等）更是要“舉國之力”。但氫能在航空產業(yè)里應用，會有一片更廣闊的天地。

氫能的優(yōu)勢在航空業(yè)被放大了

“最終驅使氫能源商業(yè)化將是航空業(yè)，而不是汽車，更不會是私家車?！边@家比爾.蓋茨所投資的氫能飛機公司斷言。氫能更適合成為大型商用飛機的燃料，主要有三個原因：能量密度、充電時間和使用壽命。

優(yōu)勢：能量密度

[知識點] 我們通常用電池系統(tǒng)的能量密度來衡量能源效率。能量密度的單位是wh/kg，也就是每公斤的電池系統(tǒng)，能產生多大功率的能量。1kwh是我們日常說的1度電，那么能量密度160wh/kg的意思就是每公斤的電池組件，可以產生0.16度的能量。

在能量密度方面，氫燃料電池的“上限”完勝鋰電池。

氫的能量密度接近40 kwh/kg，優(yōu)于傳統(tǒng)汽油接近3倍（汽油的能量密度在12 kwh/kg）。而鋰電池組成系統(tǒng)后，因為需要有正負極材料、電解液、隔膜等其他輔助材料，能量密度僅有0.2 kwh/kg。并且鋰電池組的能量密度再向上提升受制于理論瓶頸。

以豐田Mirai為例，使用超高壓碳纖維增強尼龍儲氫瓶可以儲存6千克的氫氣，氫燃料電池系統(tǒng)能量密度超過0.35 kWh/kg。

未來隨著儲氫合金和低溫液態(tài)儲氫技術取得更大突破，氫燃料電池系統(tǒng)的能量密度對比鋰電池組可能可以高出10倍以上。

氫燃料電池在能量密度方面更高的 “上限”意味著：達到同樣的續(xù)航里程，氫能電池組的重量要輕；同樣的重量下，氫能電池組的續(xù)航能力要強。因此，氫能對于重量更大同時里程更長的交通工具的意義更加重大，例如商用大客機?？湛蛻脷淠茏鳛轱w機燃料的前驅。

空客工程師Glenn Llewellyn直言：“氫燃料是最有前途的能源類型，可以讓我們用可再生能源為飛機提供動力，而電池技術的發(fā)展速度還沒有達到我們期望的水平?！?

優(yōu)勢：使用壽命和充電時間

當今最好的鋰電池組（能量密度為0.2 kwh/kg）的循環(huán)壽命為1,000至2,000次，充電時間為45分鐘以上。

試想，一架商用大客機每天平均飛行10到14個小時，如果平均每趟飛行3小時，則每天飛行3到5趟，一年1,000至2,000次。假設使用鋰電（不考慮重量和續(xù)航），那飛機電池組僅僅只能堅持1年就要替換。并且如果飛機每飛行一次要充電數小時，航空公司的效益將會大大降低。

相比之下，液態(tài)氫燃料電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命高達15,000次*，并且在20分鐘內即可加滿燃料。較長的使用壽命和較短的充電時間可以保證商用飛機的運行效率和飛行時間。

氫能的劣勢在航空業(yè)被縮小了

前文提及，氫燃料電池的主要劣勢在于成本高昂和缺乏供應體系等基礎設施。

高成本的氫燃料電池更適用于高成本的商用航空，而不是家庭乘用車。如果我們使用每千瓦（kW）的成本作為衡量標準，家用汽車的汽油發(fā)動機成本為30美元/kW。而當前氫能電池系統(tǒng)的價格在300至1,000美元/kW之間，比汽油發(fā)動機高出太多。但是飛機發(fā)動機則不同，即使是較小的（800 kW）飛機渦輪發(fā)動機的成本也要超過1000美元/kW。

氫燃料電池的規(guī)模效應非常顯著，成本持續(xù)降低。即使產量有限，在過去的10年中，氫燃料電池汽車的價格降低了65％。根據麥肯錫的研究，“如果氫燃料汽車的年產量為15萬輛，未來成本可繼續(xù)降低約70-80％”。與鋰電池不同，氫燃料電池對材料的依賴性相對較低。氫燃料電池系統(tǒng)主要由碳、鋼和鋁制造的零件組成，因此工業(yè)化規(guī)模效應顯著。

當考慮改造能源供應基礎設施，航空比汽車的優(yōu)勢也非常明顯。在美國，有將近120,000個汽油加油站。相比之下，美國85%的航空運輸（客運和貨運）集中在50個大型機場（其余15％的航空運輸散布在其他450個機場）。中國的汽油加油站也超過了100,000個，而前35大機場集中了80%的運輸量。顯然，加油的網絡越大，從汽油轉換到氫能的難度就越大，成本也就越高。因此，改造航空產業(yè)的能源供應體系的可行性要高得多。

盤點未來的氫能飛機

聊了這么多氫能飛機的投資邏輯，想必大家早已迫不及待了解究竟『夢之隊』投了哪家企業(yè)呢？謎底揭曉！那就是總部位于倫敦和加州的ZeroAvia。

2020年12月，突破能源聯(lián)盟基金向ZeroAvia注資2140萬美元。

ZeroAvia是一家研發(fā)和制造用于商業(yè)客運、包裹運送、農業(yè)等領域氫燃料電池飛機的初創(chuàng)企業(yè)。如今，該公司研發(fā)的兩架10-20人原型機可航行800公里，已經通過了飛行測試且獲得了飛行證書，并有望在2023年實現商業(yè)運營。

ZeroAvia與英國航空公司建立了合作伙伴關系，并通過ATI計劃獲得了英國政府的資金支持，自成立以來總募集資金4970萬美元。

ZeroAvia目標在2023年實現商業(yè)化。計劃到2026年實現投運80個座位可以飛行超過900公里的飛機；到2030年實現投運100個座位可以飛行1600公里以上的飛機。下圖為ZeroAvia對于未來研發(fā)項目的計劃時間表。

圖片來源：ZeroAvia

除了英國政府，德國、法國和美國政府都分別有各自支持的氫能源飛機項目。

德國宇航中心（DLR）設計的全球首架4座氫燃料電池HY4飛機于2016年9月在斯圖加特機場首飛，其最大飛行速度為200千米/時，巡航速度為145千米/時，航程范圍750～1500千米。

HY4飛機項目得到了聯(lián)邦運輸和數字基礎設施部超過1,700萬歐元的資金支持。HY4 現已推出第六代驅動器，最多可容納40名乘客，在未來十年內計劃實現2000公里航程。

在歐洲，說到氫燃料驅動飛機，不得不提空客的ZEROe項目。2020年7月，IASC發(fā)文『未來已來！歐洲新能源飛機連獲重大突破』中已陳述了法國150億歐元來發(fā)展新能源飛機的路線圖——首先是對空客的A320產品線進行改造，開發(fā)混合動力的A320 “繼承者”客機。A320“繼承者”的原型機將在2026年至2028年間亮相，并在2035年之前首飛，并逐步轉向使用氫燃料。

ZEROe是空客公司的零排放商用飛機項目，有以下三款混合氫能概念飛機，分別用渦輪螺旋槳（Turboprop）、翼身融合（BWB）和渦輪風扇（Turbofan）三種類型的發(fā)動機。其中渦輪螺旋槳發(fā)動機主要用于100座級以下的支線飛機，航程超過1000海里。翼身融合發(fā)動機（BWB）和渦輪風扇發(fā)動機（Turbofan）主要用于200座級以下的支線飛機，航程超過2000海里。這些氫能飛機通過液態(tài)氫的燃燒來提供動力，與此同時，氫燃料電池產生的電能可補充燃氣輪機，從而形成了高效的混合動力推進系統(tǒng)。

圖片版權：Airbus

空客的首席執(zhí)行官Guillaume Faury表示：“我們希望在2035年投入使用零排放氫動力商用客機。空客將擴大可再生能源和氫氣的產出規(guī)模，以實現航空業(yè)的可持續(xù)未來?！?

圖源：NEW ATLAS

美國航空航天局（NASA）正與Alaka'i Technologies公司合作發(fā)展的Skai零排放電動垂直起降（eVTOL）飛機由氫燃料電池驅動，可用于空中出租車、私人飛機和貨物運輸。Skai使用6個100kW的電機馬達，可容納5名乘客，其中包含1名飛行員。以190公里/小時的速度能夠持續(xù)飛行4小時以上，可行駛約644公里。Skai配有緊急降落傘，加氫裂化時間不到10分鐘。

除了以上五家企業(yè)外，德國APUS公司、新加坡HES公司和Alaka'i公司也是制造氫能飛機的先行者，就不在此文詳細闡述了，如想要詳細了解可以在IASC公眾號下方留言。

氫能飛機，未來已來

氫能應用于航空，極富想象空間。相信目前面臨的成本高企和基礎設施缺乏等問題都會隨著資本的投入和產業(yè)的規(guī)?；饾u被解決。

氫能飛行的其中一個最大挑戰(zhàn)來自于氫氣的壓縮和儲存。比起傳統(tǒng)的汽油，如果改用氫能，飛機需要更多空間來儲存燃料，所以燃料不能像現在那樣儲存在機翼內。這意味著使用氫燃料需要改裝飛機的機身結構。目前空客一方面考慮將氫氣存儲在機翼下的吊艙里或飛機下面的空間里，另一方面也在探索混合翼機型的模式來儲存氫氣。機身結構的新設計意味著要重新進行繁雜的飛行認證，因此氫能飛機的發(fā)展亦是道阻且長，IASC將持續(xù)跟蹤跟進氫能航空產業(yè)的重大進展，及時和大家分享。

來源：IASC航空產業(yè)鏈