比爾·蓋茨 (Bill Gates) 領(lǐng)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(yù)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(shù)據(jù)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(lǐng)銜投資氫能飛機(jī)，使這一領(lǐng)域成為了投資界關(guān)注的熱點(diǎn)。

埃隆.馬斯克公開嘲諷氫燃料

[知識點(diǎn)] 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(shí)現(xiàn)清潔環(huán)?？沙掷m(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(zhì)，可儲存太陽能、風(fēng)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(fēng)——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(chǎn)業(yè)角度看，氫燃料確實(shí)成本太高，供應(yīng)鏈欠缺——?dú)淠艿闹苾\(yùn)成本都很高，建設(shè)成熟的氫能供給體系（加氫站、運(yùn)輸體系等）更是要“舉國之力”。但氫能在航空產(chǎn)業(yè)里應(yīng)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(qū)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(jī)公司斷言。氫能更適合成為大型商用飛機(jī)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(diǎn)] 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(chǎn)生多大功率的能量。1kwh是我們?nèi)粘Ｕf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(chǎn)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?yàn)樾枰姓?fù)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(qiáng)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(shù)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(dá)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(qiáng)。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(jī)。空客應(yīng)用氫能作為飛機(jī)燃料的前驅(qū)。

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(jī)提供動力，而電池技術(shù)的發(fā)展速度還沒有達(dá)到我們期望的水平。”

優(yōu)勢：使用壽命和充電時間

當(dāng)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(jī)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(shè)使用鋰電（不考慮重量和續(xù)航），那飛機(jī)電池組僅僅只能堅持1年就要替換。并且如果飛機(jī)每飛行一次要充電數(shù)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(dá)15,000次*，并且在20分鐘內(nèi)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(jī)的運(yùn)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(yīng)體系等基礎(chǔ)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，家用汽車的汽油發(fā)動機(jī)成本為30美元/kW。而當(dāng)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(jī)高出太多。但是飛機(jī)發(fā)動機(jī)則不同，即使是較小的（800 kW）飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)的成本也要超過1000美元/kW。

氫燃料電池的規(guī)模效應(yīng)非常顯著，成本持續(xù)降低。即使產(chǎn)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(jù)麥肯錫的研究，“如果氫燃料汽車的年產(chǎn)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(yīng)顯著。

當(dāng)考慮改造能源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)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(yùn)輸（客運(yùn)和貨運(yùn)）集中在50個大型機(jī)場（其余15％的航空運(yùn)輸散布在其他450個機(jī)場）。中國的汽油加油站也超過了100,000個，而前35大機(jī)場集中了80%的運(yùn)輸量。顯然，加油的網(wǎng)絡(luò)越大，從汽油轉(zhuǎn)換到氫能的難度就越大，成本也就越高。因此，改造航空產(chǎn)業(yè)的能源供應(yīng)體系的可行性要高得多。

盤點(diǎn)未來的氫能飛機(jī)

聊了這么多氫能飛機(jī)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(yùn)、包裹運(yùn)送、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域氫燃料電池飛機(jī)的初創(chuàng)企業(yè)。如今，該公司研發(fā)的兩架10-20人原型機(jī)可航行800公里，已經(jīng)通過了飛行測試且獲得了飛行證書，并有望在2023年實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營。

ZeroAvia與英國航空公司建立了合作伙伴關(guān)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(biāo)在2023年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。計劃到2026年實(shí)現(xiàn)投運(yùn)80個座位可以飛行超過900公里的飛機(jī)；到2030年實(shí)現(xiàn)投運(yùn)100個座位可以飛行1600公里以上的飛機(jī)。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(jī)項目。

德國宇航中心（DLR）設(shè)計的全球首架4座氫燃料電池HY4飛機(jī)于2016年9月在斯圖加特機(jī)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(jī)項目得到了聯(lián)邦運(yùn)輸和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部超過1,700萬歐元的資金支持。HY4 現(xiàn)已推出第六代驅(qū)動器，最多可容納40名乘客，在未來十年內(nèi)計劃實(shí)現(xiàn)2000公里航程。

在歐洲，說到氫燃料驅(qū)動飛機(jī)，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(jī)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(jī)的路線圖——首先是對空客的A320產(chǎn)品線進(jìn)行改造，開發(fā)混合動力的A320 “繼承者”客機(jī)。A320“繼承者”的原型機(jī)將在2026年至2028年間亮相，并在2035年之前首飛，并逐步轉(zhuǎn)向使用氫燃料。

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

圖片版權(quán)：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(jī)?？湛蛯U(kuò)大可再生能源和氫氣的產(chǎn)出規(guī)模，以實(shí)現(xiàn)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(jī)由氫燃料電池驅(qū)動，可用于空中出租車、私人飛機(jī)和貨物運(yùn)輸。Skai使用6個100kW的電機(jī)馬達(dá)，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(jī)的先行者，就不在此文詳細(xì)闡述了，如想要詳細(xì)了解可以在IASC公眾號下方留言。

氫能飛機(jī)，未來已來

氫能應(yīng)用于航空，極富想象空間。相信目前面臨的成本高企和基礎(chǔ)設(shè)施缺乏等問題都會隨著資本的投入和產(chǎn)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(jī)需要更多空間來儲存燃料，所以燃料不能像現(xiàn)在那樣儲存在機(jī)翼內(nèi)。這意味著使用氫燃料需要改裝飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)。目前空客一方面考慮將氫氣存儲在機(jī)翼下的吊艙里或飛機(jī)下面的空間里，另一方面也在探索混合翼機(jī)型的模式來儲存氫氣。機(jī)身結(jié)構(gòu)的新設(shè)計意味著要重新進(jìn)行繁雜的飛行認(rèn)證，因此氫能飛機(jī)的發(fā)展亦是道阻且長，IASC將持續(xù)跟蹤跟進(jìn)氫能航空產(chǎn)業(yè)的重大進(jìn)展，及時和大家分享。

來源：IASC航空產(chǎn)業(yè)鏈