今年以来，全球氢能航空领域的探索活动愈加活跃。在英国，一架19座的氢电动力飞机实现试飞，时长约10分钟；美国一架40座的氢动力飞机完成试飞，时长约15分钟；前不久，中国首款四座氢燃料内燃机飞机验证机也成功首飞。法国《回声报》一篇题为《2023，氢动力飞机元年》的文章认为，全球低碳航空已处于起步阶段。

当前，全球航空业产生的二氧化碳排放量约占全球碳排放总量的2.5%。据相关预测，未来20年全球旅客年增长率约为3.7%，到本世纪中叶航空业体量将至少翻一番。为了实现2050年净零排放这一行业目标，航空业多条低碳技术路线正同时推进，氢动力飞机便是其中之一。

航空业碳排放主要来自化石能源燃烧，氢能被认为是化石能源的最佳替代。氢燃料不仅绿色低碳，还比现在最主要的航空燃料——航空煤油具有更高的单位重量能量密度。在提供相同能量的条件下，氢燃料重量仅相当于航空煤油的24%。对于“为减少每一克重量而奋斗”的飞机而言，这部分减重的重要性不言而喻。

氢本身虽轻，但储存氢绝非易事

首先是存储体积大。常温标准大气压下，氢分子以密度很小的气态形式存在，同等能量下体积约是航空煤油的2750倍。为节省空间，通常采用272倍大气压对氢气进行增压储存，还可以选择在大气压下降温至零下253.87摄氏度使氢分子转化为液态。从系统复杂度而言，压缩氢气方案实施起来相对简单，但需要付出更高的空间和重量代价。低温储存的液氢相对密度更大，对于未来的商用航班，液氢的方案更加现实可行。

其次是安全储存难。无论采取哪种储氢方式，对密封性的要求都比传统燃油系统更复杂。这是由于氢分子远小于航空煤油，更容易从管路缝隙中逃逸；对于液氢储存，还必须考虑恒温条件的实现问题，否则升温气化后体积膨胀的氢有可能导致燃料箱内压强骤增而直接爆炸。航天领域的液氢储存系统相对比较简单，氢氧发动机火箭都是在起飞前才加注低温液氢，且边加注边向大气中排放氢气，以避免液氢升温气化造成的燃料箱压力超过结构强度极限——火箭起飞前喷出的白雾便是由此产生。相对于数分钟的火箭发射而言，飞机飞行时间长达数小时，必须寻求更为可靠的储存方式。

现在，新型复合材料的发展为储氢环节提供了支持。相对于传统金属材料来说，相同强度的复合材料结构所需付出的重量代价更小。就液氢储存罐而言，新型复合材料可以极大地减少其重量并增加有效容积。例如，一些国家研制的碳纤维复合材料燃料罐，同等容积下比现有最先进的航天低温罐减少了75%的重量。

储氢材料大揭秘！

而储氢材料主要可以分为金属储氢材料、纳米结构储氢材料、半导体储氢材料和杂化储氢材料。金属储氢材料因其轻量、高储氢能力而备受追捧，然而其储氢温度较高、吸附量较低的缺点仍然需要克服。纳米结构储氢材料则具有更好的稳定性和吸附能力，但其稳定性仍需提高。半导体材料和杂化储氢材料的研究也在不断发展中。

无论哪种储氢材料，其研发都需要不断创新和突破。只有通过技术创新和合作，储氢材料才能更好地支持氢能源的发展，为绿色能源事业做出更大的贡献。【杂化储氢材料：高吸氢量、稳定性好、可重复利用】近年来，随着能源问题的逐渐凸显，储氢技术被认为是一种备受瞩目的解决方案。而相比传统储氢材料，杂化储氢材料则被视为更具有应用前景和发展潜力的新型材料。相较于传统材料，杂化储氢材料在吸氢量、稳定性和重复利用性方面都有着更为出色的表现。

常见的杂化储氢材料包括金属有机框架(MOF)、杂环化合物和碳材料等。在能源储存、能源转换、化学工业、航空航天、电力储存和环保领域等方面，杂化储氢材料都有着广泛的应用。

近年来，人们已经通过实验和研究证明，杂化储氢材料具备着高吸氢量、优异的稳定性和可重复利用性等特点。这些特点不仅让储氢技术在能源储存方面有着广阔的应用场景，同时也在电力储存和环保领域方面展现出了巨大的潜力。在科技的推动下，杂化储氢材料的研究和应用正进一步拓展着其广泛的应用领域。相信不久的将来，在这些领域中，杂化储氢材料将在不断的改进和创新中，为我们带来更多的惊喜和收获。

然而，杂化储氢材料的研究和开发仍需面对着许多挑战。例如，如何提高杂化储氢材料的吸氢速率、如何提高其稳定性和可重复利用性等，都是亟待解决的问题。此外，由于杂化储氢材料的特殊性质，其在应用过程中也可能会对环境产生一定的影响。

碳纤维在复合低温氢气储存中的发展

国家复合材料中心(NCC）的职责是与会员和客户密切合作，解决难题。随着公司认识到氢气和实现净零目标的重要性，NCC一直在与客户独立合作，“建立测试和设计低温系统用复合材料的专业知识”改善微裂纹性能和理解帘布层设计的重要性（减少帘布层厚度和相邻帘布层角度）是NCC处理这一主题的一些方法。氢技术负责人Marcus Wall Bruck和氢技术首席研究工程师Matt Kay表示，NCC 正在开发一种“在低温下进行测试的独特方法，该方法专注于微裂纹的形成，而无需使用耗时且昂贵的循环测试。这种类型的测试可以简化材料选择，并为建模提供信息，这样设计就可以在不引发微裂纹泄漏的情况下受到适当的应力。”

材料选择和表征的解决方案已经在进行中。

相邻的发展包括NCC在JEC World 2023上宣布其基于英国的复合低温储罐测试计划，该计划将“从储存液氢(LH2）的无衬碳纤维储罐开始，验证和加速设计、制造和测试能力”。

虽然氢有可能降低商业航空的碳足迹，但存在重大的工程挑战。其中最主要的是燃料储存问题―—氢气的体积密度比传统航空燃料低，因此必须以液体形式保持在-253°C，并且不能占用飞机内太多空间。储罐必须能够承受压力和飞行载荷，但质量损失最小，并且能够适应有限的、有时形状笨拙的内部容积。根据NCC的说法，复合材料在未来可以提供一种有竞争力的解决方案——NCC 正在与合作伙伴一起推进这项工作计划，以使技术成熟。

该概念设计工具构成了NCC氢能工作计划的一部分，该计划建立在两年的研发和提高复合材料氢压力容器和低温罐供应链能力的独特愿景的基础上，以在英国进行制造。该计划的下一步正在进行中，以英国为基地的复合材料低温储罐测试计划将验证和加速设计、制造和测试能力，从用于储存LH2的无衬碳纤维储罐开始。该团队还致力于材料表征，对复合材料在低温下的行为有了真正的了解。

氢技术主管Marcus Wall Bruck补充道:“我们开发的概念设计工具为希望加速其复合低温储罐能力的制造商提供了巨大的价值和优势。”。“我们汇集了NCC 的集体工程专业知识，构建了一个灵活而严格的设计工具，最终让客户有信心更快地选择概念。"

作为NCC与行业合作创新计划的一部分，可以使用氢能概念设计工具，该团队正在积极寻找合作伙伴，以建立强大的英国供应链。

文章来源： 复材网公众号，人民网，甜甜圈angel