【行业动态】氢能航空迈向机场运营：H2FLY与HyPRIME攻关液氢快速加注

导读：氢能飞机完成飞行验证后，工程重点正转向能否在商业机场安全、快速并反复完成液氢加注。德国H2FLY和英国HyPRIME项目分别从飞机推进与机场设施两端推进试验，目标是让加注过程适配航空公司的正常过站时间。

氢能航空正在从证明飞机能够使用氢能飞行，转向解决商业机场日常运行问题。德国氢能航空企业H2FLY负责开发氢电推进系统和移动加注设备，英国液氢机场基础设施示范计划HyPRIME则准备测试达到商业航空所需流量的液氢加注装置。两项欧洲计划的共同目标，是明确液氢处理仍存在哪些技术问题，以及机场在氢能飞机投入定期航班前需要作出哪些改变。

H2FLY在2023年完成其所称全球首次有人驾驶液氢电动飞机飞行。公司首席执行官拉尔夫·穆勒表示，地面安全处理和加注液氢所需的设备与程序已不再是根本性障碍；把这些能力转化为机场常态化作业，主要取决于时间和资源。更困难的工程任务位于飞机端，系统必须同时做到足够轻、可靠并具有商业可承受的成本。

要进入定期航班运营，加注必须在飞机两次飞行之间的正常停场时间内完成。穆勒估计，依据飞机大小和任务，加注过程需要控制在15至60分钟。所需流量随储罐容量变化，核心要求是不能因为液氢作业而延长航空公司惯常的过站时间。

液氢必须保持在约零下253摄氏度，极低温度使储罐、输送设备和接口都需要专门设计。提高加注速度的一种办法，是在燃料转移前先把飞机液氢储罐冷却至深冷温度。穆勒认为，预冷可纳入正常地面保障程序，并允许系统采用更高流量。统一加注接口和操作程序同样是简化作业的关键；只有不同机场和机型使用相互兼容的连接方式，移动设备才可能从一次试验工具演变为可重复使用的保障系统。

H2FLY计划通过欧盟资助的GOLIAT项目展示第三代移动液氢加注装置，并与航空业多家伙伴共同验证。该装置的目标不再是为一次性飞行演示服务，而是逐步满足飞机常态运营的需要。

英国HyPRIME从机场侧切入。项目将证明液氢能够被运输到机场、安全处理，并以适合商业航空的流量加注。项目高级技术协调员克里斯·泰伊说，业界已经通过可行性研究、技术经济分析和监管工作积累了大量知识，下一步需要在接近真实机场运营的环境中，对具有商业代表性的设备开展实物试验。HyPRIME与英国交通部门零排放竞赛支持的其他项目，正在把行业工作从方案研究推进到实物资产验证，使设备、作业环境和性能指标更接近未来商业运行。

HyPRIME正在研制采用高流量深冷设备的移动液氢加注系统。项目希望在具有运营意义的过站时间内完成加注，但最终性能指标仍要结合机场作业程序确定。试验既要回答氢加注能否在机场环境中运行，也要检验设备未来能否实现经济运营。布里斯托尔机场和伯明翰机场正参与制定运营概念和加注性能要求。系统集成还要验证蒸发气能否服务机场其他环节，使液氢加注在完成航空任务的同时，帮助更广泛的机场生态系统减排、减少燃料浪费并改善经济性。

液氢系统面临的突出问题之一是蒸发。外界热量进入储存或输送系统后，部分液氢会转化为气态氢，即所谓“蒸发气”。若不加管理，这些气体既造成燃料损失，也带来安全隐患和间接排放。泰伊把蒸发气管理和加注速度列为机场液氢系统仍需解决的两项最重要技术问题。

HyPRIME不准备直接排放这些气体，而是将其回收并用于机场其他设备。移动加注系统计划把蒸发气供给ULEMCo公司的氢动力牵引车以及GeoPura公司的氢能电源设备，从而减少放空并提高整个氢供应系统的效率。

项目还将评估液氢储存和加注的安全要求，包括专用深冷储罐设计、分阶段危险识别、危险与可操作性分析以及定量风险评估。相关工作将吸收零碳航空公司已有的液氢运行经验，以及其参加英国民航局埃克塞特试验监管沙盒的经验。与一次性演示不同，项目需要在不同环境条件下重复完成装填、运输、加注和蒸发气回收循环，以检验程序是否稳定，并把每一轮实测数据带入风险和经济分析。

H2FLY认为，通过周密计划可以大幅减少机场日常运行中的氢损失。航空公司掌握航班计划和预计燃料消耗，机场可据此决定何时制氢、液化并把燃料送到加注点。氢气可以在当地生产，再按航班需求就地液化，使供应跟随需求，而不是长时间储存在罐中。这种方式要求制氢和供应与飞机运行紧密协调，在早期需求较小的机场尤其如此。

两家团队都不认为所有机场一开始就需要大型永久性氢设施。穆勒提出，早期可采用灵活的移动方案，使机场和运营商无需先建设大规模固定设施便能启动运营；随着机队扩大，再逐步转向专用液氢储存和稳定供应体系。氢可由机场电解槽生产后液化，也可由外部供应商通过槽车或管道输送。机场还需要制定新的地面保障程序，培训人员并划设适用于氢能的安全区。

泰伊认为，基础设施方案必须因地制宜。液氢可以由槽车直接送达，也可把气态氢运到机场后液化，或者在场内完成制氢和液化。最优选择取决于机场需求、可用土地、当地电力条件和制氢方式。规模扩大后，专用储存与液化设施、移动加注车或深冷管线可能成为必要配置。

HyPRIME还将建立一个代表性中型机场的技术经济模型，涵盖资本支出和运营成本，并使用实测数据判断哪些设施环节对商业可行性的影响最大。泰伊强调，机场和投资者不仅要确信技术能够运行，还要确认相关资本成本和运营成本可以承受。项目希望把试验结果转化为可供英国及其他地区未来基础设施投资使用的信息，而不是止步于证明设备能够启动。

H2FLY的试飞经验也改变了公司对氢能飞机市场导入顺序的判断。穆勒认为，早期把重点放在大型氢能飞机并非方向错误，但期望一步跨越至大型机过于乐观。更现实的路径是从技术、认证和基础设施复杂度较低的小型飞机开始，再逐级放大。

H2FLY预计，小型氢电飞机可在21世纪30年代初开始投入使用，更大型飞机可能在2045年前后跟进。这是公司的预期，并非已经确认的商业运营日期。HY4飞机已多次完成飞行演示，包括2023年的液氢动力飞行。此后，公司推进系统的功率密度提高到原来的三倍。关键部件大多由H2FLY自行开发，使团队能够从完整推进系统出发统筹重量和性能。无人机、空中出租车以及电气化和数字技术的发展，也为氢电推进带来帮助，但减重、提高可靠性和降低成本仍是主要任务。

HyPRIME当前要获得的是设备运行证据，而不只是证明单项技术可用。项目将从加注性能、氢损失、运行效率和成本四方面衡量进展，反复测试液氢充装、运输和加注，并在不同环境条件下回收蒸发气，再把结果纳入经济模型。若试验成功，后续还需在不同机场开展更多演示，与航空公司和机场运营商继续合作，并建立监管与认证框架。项目对外给出的阶段目标不是确认某一架飞机的服役时间，而是为机场、运营商和投资者提供能够据以作出下一步决策的运行数据。

H2FLY下一步将通过GOLIAT展示最新移动加注设备，同时继续改进商业氢电飞行所需的机载系统。两项计划最终面对同一项运营要求：飞机到达机场后必须能够加注并再次起飞，液氢处理不能成为定期航班运行的障碍。

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