氢能航空发动机的现状挑战与未来路径：迈向2050碳中和的可持续航空解决方案

为应对航空业高碳排放难题，Nadir Yilmaz团队系统综述了氢能航空发动机(LH2)的技术瓶颈与发展路径，涵盖氢燃料生产、存储、燃烧及材料抗氢脆(HE)等关键环节，指出氢能可减少CO2排放但需解决NOx控制问题，为2050年实现巴黎协定目标提供重要技术参考。

　　

航空业占全球CO₂排放的2.5%，随着2050碳中和目标迫近，传统航空燃料Jet-A的替代方案成为焦点。氢能因其能量密度是煤油的3倍且燃烧零碳排，被视为最具潜力的解决方案。然而从1950年代NASA首次探索至今，氢能航空仍面临NO_x排放、液态氢(LH₂)存储、材料氢脆(HE)等关键技术瓶颈。

Nadir Yilmaz团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的综述，首次系统梳理了氢能航空发动机的全技术链条。研究通过文献计量发现，相关论文从2015年后呈指数增长，2021年突破2万篇。团队采用技术成熟度(TRL)评估方法，结合全球12个示范项目数据，重点分析了氢燃料生产(电解/甲烷重整)、机场基础设施改造、机载LH₂存储方案(前/后机身布局)、燃烧室优化(微混氢技术)及新型抗氢脆合金(高熵HEA)等关键技术路径。

氢生产
绿氢(可再生能源电解)成本需从当前3美元/kg降至1.5美元/kg才能具经济性。研究指出，2030年前蓝氢(碳捕捉重整)仍是过渡方案，但需解决甲烷泄漏问题。

基础设施
对比管道运输(成本0.3美元/kg·100km)与液氢槽车运输，提出利用现有天然气管道输送hythane(氢-甲烷混合气)的折中方案。

氢存储
空客Cryoplane项目证实，LH₂储罐置于机身前后可使航程提升11%，但会牺牲15%载客量。新型多层真空绝热罐体可使蒸发率降至0.1%/天。

燃烧特性
氢燃烧虽无CO₂但高温下NO_x排放比煤油高30%。采用贫燃预混燃烧技术可降低火焰温度，使NO_x减少58%。

材料挑战
镍基合金在氢环境中延展性下降40%，而新型FeMnCoCr系高熵合金(HEA)在液氢温度下仍保持18%延伸率。

混合动力
Pratt & Whitney的HYSIITE项目验证，氢-电混合推进可使短途航班能耗降低22%。

该研究结论指出，氢能航空将在2040-2050年迎来商业化拐点，但需跨学科解决三大矛盾：能量密度与储罐重量的平衡、NO_x控制与燃烧效率的优化、材料成本与安全性的博弈。特别值得注意的是，研究预测到2050年氢能航空可贡献航空业减排目标的35%，但前提是绿氢产能需达到当前全球产量的200倍。这一成果为政策制定者提供了清晰的技术路线图，也为材料、能源、航空工程等多领域协作指明方向。