유엔은 금세기 중엽에 전 세계 순제로 배출을 실현하는 것을 현재 전 인류의 가장 시급한 사명으로 삼고 있다. 20 18 년 스웨덴에서' 비행 치욕' 이라는 캠페인을 벌여 곧 유럽 전체를 휩쓸었다. 점점 더 많은 사람들이 더 친환경적인 여행 방식을 선택하기 시작했다. 전반적인 추세는 광활하다. 항공공업이 혁신을 할 수 없다면 탈락하고 강등될 것이며, 새로운 기술혁명과 글로벌 경쟁이 이미 시작되었다.
항공 탈탄은 필수적이다
유엔 정부간 기후변화전문위원회 (IPCC) 보고서에 따르면 지구 온난화를 산업화 전 수준에 비해 섭씨 65,438+0.5 도 이내로 통제하기 위해서는 2050 년까지 이산화탄소 제로 배출 목표를 달성하는 것이 중요하다고 밝혔다. 20 15 파리 협정 체결 이후 가능한 한 빨리 탄소중립 실현, 주요 업종이 금세기 중반 순제로 배출을 실현하는 것이 대세의 추세다. 항공업은 글로벌 경제활동의 중요한 구성과 지지로서 반드시 적극적으로 변혁하고 주동적으로 행동해야 한다.
2007 년부터 선견지명이 있는 항공업계가 전 업종의 배출 감축을 탐구하기 시작했다. 많은 국제기구와 민항 관련 단체들이 계획을 세웠고, 그중 가장 중요한 것은 국제민용항공기구 (ICAO) 가 20 16 년 통과시킨 국제항공탄소 상쇄 및 배출 감축 프로그램 (CORSIA) 으로 세계 최초의 글로벌 산업 감축 시장 매커니즘을 형성한 만큼 항공업계도 세계 최초로 정부가 글로벌 탄소중립 성장 조치를 시행하고 있다. 계획에 따르면, 2050 년 전 글로벌 항공업의 탄소 배출량은 2005 년보다 50% 감소할 것이다.
이와 함께 유럽연합과 미국은 2050 년 탄소중립 달성 목표를 잇달아 세웠다. 202 1 년 7 월, 유럽연합집행위원회 (WHO) 는 2050 년 탄소중립 확보를 위해' 적응 55' 규정을 제시했다. 미국이 뒤이어 그해 6 월 5438+065438+ 10 월 2050 년 제로 순 배출을 위한 장기 전략을 발표하고 2050 년 탄소중립 목표 달성을 위한 시간 노드와 기술 경로를 발표했다. 항공업의 두 가지' 엔진' 인 미국과 유럽은 항공업계의 배출 감축 목표를 대폭 앞당겼다. 2050 년까지 순 제로 배출을 분명히 했다.
202 1 10 글로벌 항공운송업을 대표하는 항공운송행동팀 (ATAG) 은 국제민항기구 회원국들에게 업계의 약속에 따라 2022 년 국제민항기구 4 10 대회에서 장기 감축 목표 채택을 지원할 것을 촉구했다.
202 1, 165438 년 10 월 열린 제 26 회 유엔 기후변화대회 (COP26) 에서 영국, 미국, 프랑스 등 23 개국이 국제항공을 구성했다. 특히 국제민항기구가 야심찬 장기 목표를 통해 국제민항기구가 2050 년까지 순제로 배출할 수 있도록 구체적인 약속을 할 것을 촉구할 것을 제안한다. 이와 함께 290 개 항공사를 포함한 국제항공운송협회 (IATA) 는 2050 년 순탄소 배출 비행 계획을 지지한다고 밝혔다.
지난 2 월 유럽연합 교체 의장국인 프랑스의 주재하에 42 개 선진국이 유럽 툴루즈에서' 항공 지속가능성 및 탈탄 툴루즈 선언' 에 서명하여 2050 년까지 항공업 탈탄 목표를 달성하여 지구 온난화를 억제할 것을 촉구했다. 유럽과 미국 등은 이 구속력이 없는 제의를 통해 연쇄반응을 일으켜 글로벌 항공운송 탈탄 공약이 4 1 국제민항기구 대회에서 통과되기를 희망하고 있다. 이 구상은 항공객, 호항, 다소 등 146 업계 회사들의 지원도 받았다. 국제민항기구의 틀 아래 국제협력을 강조하는 것은 글로벌 공정경쟁을 확보하는 데 매우 중요하다.
국제민항기구 이사회 의장인 Salvatore Sciacchitano 가 행사에 참석했다. 그는 전염병과 그 영향이 계속되고 있음에도 불구하고 각국 정부와 항공업계가 야심찬 결정을 내리고 국제항공의 탈탄을 촉진하기 위한 실질적인 조치를 취했다고 강조했다.
이 모든 것이 결국 올해 9 월 열릴 국제민항기구 회의를 가리켰다. 이 단체는 국제항공 이산화탄소 감축을 위한 장기 글로벌 목표 (LTAG) 에 대한 연구와 상담을 벌이고 있다. 이 단체는 3 월 말부터 4 월 초까지 글로벌 항공 대화를 개최할 예정이며, 관련 협의 진전은 LTAG 고위층 회의에 제출되어 결국 9 월 회의에서 투표를 진행할 예정이다. 2050 년에 항공공업의 탈탄을 실현하는 것은 의심할 여지 없이 야심찬 목표가 될 것이다. 국제민항기구가 최종적으로 어떤 약속과 제한을 내리든 항공업의 탄화가 이미 눈앞에 있다.
항공 기술이 대변혁을 준비하고 있다
항공업은 슈퍼탄소 배출량은 아니지만, 절대적으로 탄소 배출을 줄이는' 곤궁한 가구' 다. 장거리 비행도 화석연료에 크게 의존하고 있기 때문이다. 항공 탈탄을 실현하려면 기술적으로 돌파할 수 있는지 여부가 관건이다.
프랑스' 메아리' 는 현재의 항공업계가 곧 제 3 차 항공혁명을 맞이할 것이라고 생각한다. 첫 항공혁명은 20 세기 초 라이트 형제의 첫 비행기의 성공적인 시험비행이었다. 제 2 차 혁명은 1950 년대에 터보 팬 엔진의 출현으로 항공공업이 황금시대로 접어들었다고 선언했다. 그렇다면 제 3 차 항공 혁명은 무엇일까요?
독일 지멘스의 동력 비행 기술 책임자인 프랭크 안동 박사는 주저하지 않고 자신의 답인 전기를 제시했다. 안동은 "전기 추진 기술은 항공공업의 발전 방향이다. 그렇지 않으면 항공공업은 미래가 없을 것" 이라고 지적했다. 지멘스 팀은 하이브리드 추진 시스템의 설계, 개발 및 비행 테스트를 초보적으로 완료했습니다. 20 15 년, Siemens 는 무게가 50kg 에 불과한 전동기 모터를 출시했지만 전력은 260kW 에 달하여 세계 최초의 250kW 전기비행기의 첫 비행을 실현하였다. 앞으로 전력 시스템의 지속적인 최적화와 배터리 기술의 발전을 통해 지멘스는 100 개의 하이브리드 항공장치를 개발하고자 합니다.
프랑스 동료들에게 이 질문에 대한 답은 수소입니다. 프랑스 민항연구위원회 (Corac) 는 올해 5438 년 6 월+10 월 항공운송 탈탄 기술 노선에 대한 연구 보고서를 발표했다. 보고서는 앞으로 수소 동력 항공기의 비율을 지속적으로 높여 업계의 탈탄을 실현할 필요가 있다고 보고 있다. 계획한 로드맵에서 프랑스는 2030 년 차세대 단거리 비행기를 출시해 연료 소비와 바이오연료를 줄여 탄소중립, 2035 년에는 단거리 수소 동력 항공기, 2045 년에는 중거리 수소 동력 항공기를 출시할 수 있다. 2050 년까지 수소 기술은 항공업의 모든 탄소중립 29% 에 기여할 수 있다. 또 다른 급진적인 유럽 연합 연구에 따르면 수소로 연료를 대체하면 항공운송이 기후에 미치는 영향을 50 ~ 70% 줄일 수 있다고 한다.
전기와 수소는 현재 추진 기술의 두 가지 주요 연구 개발 노선이다.
프랑스 몽다 연구소의 보고서에 따르면 배터리와 연료 전지의 에너지 밀도를 감안하면 순수 전기 추진의 응용은 주로 소형 비행기가 될 것으로 보인다. 대형 항공기의 경우, 혼합전기 추진은 완전히 전기화된 과도기 기술로 사용될 수 있다. 하이브리드 전기 추진은 기존 엔진을 전기 추진과 연결 또는 병행하여 결합할 수 있다. 이 개념은 자동차 업계에서 오랫동안 사용되어 왔다.
현재의 기술 전망에 따르면, 100 대 이상의 전체 전기항공기는 2050 년 전에 가동하기 어렵다. 19 개 이하의 소형 항공기 사업이 증가하고 있지만 현재 전 세계 총 항공 배출량의 1% 미만을 차지하고 있습니다. 중거리 대형 항공기의 경우 비교적 현실적인 기술 옵션은 수소와 지속 가능한 항공 연료 (SAF) 뿐이다. 이곳의 수소 추진은 수소 발전에 의존하는 연료 전지와는 다르다. 수소 추진 비행기는 수소를 엔진 연료로 연소시킨다.
현재 유럽과 미국의 주요 국가들은 모두 수소를 항공기 탈탄에 가장 적합한 후보 방안으로 추진하고 있으며, 2035 년에 실현될 수 있는 주요 기술 방안 중 하나이다. 수소 연료의 장점은 연소 온도가 높아서 엔진의 열효율을 높일 수 있고 탄소 배출은 0 이라는 것이다. 엔진 제조업체의 관점에서 볼 때, 연료 대신 수소를 사용하는 것은 어렵지 않다. 주로 수소 연소로 인한 재료의 고온 문제를 해결하는 것이다. 조정이 필요하더라도 엔진의 90% 는 그대로 유지될 수 있습니다. 수소 선택의 주요 어려움은 비행기의 저장 문제이다. 같은 공수 용량에서 수소 연료의 무게는 기존 연료의 3 분의 1 이지만 부피는 연료의 4 배이므로 항공기 구조를 조정해야 한다. 또한 수수소는 영하 253 도의 저온에서 저장해야 하며, 저장통의 재료는 단열, 진동 충격, 운반, 밀봉 등에 대한 요구가 높기 때문에 항공기 응용 요구 사항에 따른 열순환과 압력순환을 견딜 수 있는 수수소 탱크를 개발해야 한다.
프랑스 몽다 연구소의 예측에 따르면 2050 년 탈탄 목표를 달성하기 위해 현재 전 세계 항공 배출량의 약 3% 와 4% 를 차지하는 지선 항공편 (주로 100 대의 소형 항공기) 은 하이브리드 전기 추진과 수소 연료 전지를 기반으로 탈탄을 실현할 수 있다. 항공 배출의 약 67% 를 차지하는 중단거리 항공편 (주로 100 250 대의 중형 여객기) 은 주로 수소 추진 기술에 의존할 수 있다. 항공 배출의 30% 정도를 차지하는 장거리 항공편 (주로 250 대 이상의 대형 여객기) 도 지속 가능한 항공연료에 의존해야 한다.
추진 기술 외에도 항공 탈탄은 공기역학 개선, 엔진 성능 최적화, 디지털화 증가 등 진보기술 분야에서도 진전이 필요하다.
항공 거물들이 잇달아 시장에 진출하다.
2020 년 9 월, 항공객들은 제로의 제로 배출상용 항공기 프로젝트를 시작하면서 세 가지 혼합수소 에너지 개념 비행기를 발표했고, 터빈 프로펠러, 날개 융합, 소용돌이 팬의 세 가지 개념 모델을 채택하여 수소를 연료로 삼았다. 시제품은 2025 년 시험비행으로 잠정적으로 예정되어 있으며, 2035 년에는 사용에 들어갔다.
지난 2 월 수소동력 항공기 프로젝트 발표 20 개월 후 항공버스는 제너럴모터스 및 세이봉그룹의 평주 합자회사 CFM 과의 강강 연합을 발표했고, 양측은 2025 년경 수소동력 항공기 시범사업을 시작하기로 했다. 이 프로젝트는 수소 연료 엔진에 대한 지상 및 비행 테스트를 실시하고 2035 년 첫 제로 배출기 출시를 준비하는 것을 목표로 하고 있다. 데모 프로젝트는 A380 테스트 항공기를 비행 테스트 플랫폼으로 사용하여 프랑스와 독일의 항공객이 준비한 수소 탱크를 갖추고 있다. 2026 년부터 항공객들은 A380 순항 기간 동안 수소 연료 엔진을 테스트할 것이다.
미국에서는 푸혜사가 지난 2 월 미국 에너지부 고급 에너지 연구 프로그램에 선정돼 상업항공을 위한 새롭고 효율적인 수소 연료 추진 기술을 개발했다.
푸혜사의' 수소 증기 분사와 간헐적 냉각 터빈 엔진' 프로젝트는 액체 수소 연료를 사용하여 수증기를 회수하여 비행기의 응축 꼬리를 크게 줄여 제로 온실가스 배출 비행을 실현하고 질소 산화물 배출을 80% 감소시킨다. 이 프로젝트에 사용된 반폐쇄 시스템 아키텍처는 연료 배터리보다 열 효율이 높으며, 총 운영 비용은' 방울' 지속 가능한 항공 연료를 사용하는 것보다 더 낮아질 수 있습니다. 2050 년 항공기 순 제로 탄소 이산화물 배출을 지원하는 항공업계의 전략적 목표를 지원하기 위해 푸혜사가 미국 선진 에너지 연구 프로젝트와 직접 협력한 것은 이번이 처음이다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)
프랑스' 메아리' 에 따르면 보잉은 2035 년 수소 동력 항공기 실현 가능성에 대해 유보하는 것으로 보이며 보잉은 대체 연료 운행을 우선시하는 전통 비행기를 선호한다.
러시아에서 Rostec 은 202 1 년 7 월 항공 및 지상 응용을 위한 수소 동력 엔진 개발 계획을 발표했습니다. 러시아 연합엔진회사의 수석 디자이너인 유리 슈모틴 (Yuri Shmottin) 은 "항공업의 탄소 발자국을 줄이기 위해 수소 연료를 사용하는 것이 가장 유망한 발전 분야 중 하나" 라고 말했다. 우리는 두 가지 주요 기술을 고려하고 있다: 개선된 가스 터빈에서 수소 연료를 직접 연소하고 수소 연료 전지를 사용하여 전기를 생산한다. "
중국에서는 기회와 도전이 공존한다.
프랑스' 피가로보' 의 문장 (WHO) 에 따르면, 많은 국제항공관찰가들은 제로 탄소 배출기 경쟁이 중국이 결국 상업항공시장에 진출할 수 있는 역사적 기회라고 생각한다. 글로벌 컨설팅회사 AlixPartners 이사장 니콜라스 보그란 (Nicholas Bogran) 과 파스칼 파불스 (Pascal Fabres) 는 "탄소제로는 신기술의 개발과 관련이 있어 장기적으로 투자한 중국은 당연히 면허를 가지고 놀 수 있다" 고 말했다. 다른 전문가가 요약하듯이, "모두가 같은 출발선에 있다."
중국법항공협회 회장인 예웨이밍 박사는 인터뷰에서 "수소동력 항공기 개발에 각국이 모두 같은 출발선에 있다" 고 말했다. 이것은 중국에 중요한 기회이다. " 예위명은 중국의 항공공업과 에너지공업이 제 3 차 항공혁명의 역사적 기회를 포착하고 가능한 한 빨리 시작해야 한다고 밝혔다. 우리나라는 고전 항공 엔진 분야에서 아직 추격 단계에 있으며, 중국항공 제조가 가능한 한 빨리 새로운 에너지 기술로 도약하여 과감하게 변화할 것을 건의합니다.
중국법항공협회 부회장, 항공객 R&D 엔지니어 정의는 "항공객 제로탄소 대형 비행기는 수소에너지의 기술노선을 분명히 했다" 고 말했다. 중국 민간 항공기 산업의 경우 수소 연료 등 새로운 에너지 항공기 구조와 엔진이 커브길에서 추월할 수 있는 기회일지 모르지만 침전을 축적하는 것은 여전히 장기적인 도전이다. 제로 카본 항공기의 새로운 트랙의 본질은 항공 제조업이다. 중국 모델 임무를 기초로 꾸준한 추진을 위해 노력하여 설계 이념, 제조 공예, 실험 방법의 격차를 좁히려고 노력해야 한다. "
반세기 이상 동안 항공객과 보잉은 기술 진보를 통해 선두를 유지했지만, 변혁 하에 이전의 빅맥은 앞으로 선두를 유지할 것을 보장할 수 없었다. 수소에너지 선택 여부에 대해 항공객과 보잉은 이미 헤어졌다. 하나는 주저하고, 하나는 보수적이다. 항공공업이 30 년도 안 되는 시간 안에 탈탄을 실현하려면 반드시 전통을 뒤엎는 과학기술 돌파에 의지해야 한다. 미래의 항공공업이' 수소' 가 될 수 있을지는 과감한 혁신과 담력과 식견과 선견지명에 달려 있다. (이 기사는 cstnet 에서 발췌)
수소 연료 및 운송
수소는 녹색, 고효율, 지속 가능한 2 차 에너지원으로 오랫동안 연료로 사용되어 왔다.
세계 최초의 내연 기관이 가동될 때, 그것이 사용하는 연료는 휘발유나 디젤이 아니라 수소이다. 1804 년 프랑스와 스위스 발명가인 아이작 드 리바즈는 증기를 동력으로 하는 자동차를 성공적으로 설계한 뒤 증기 대신 폭연 특성을 가진 연료를 사용해 보기 시작했다. 그의 첫 번째 실험은 엔진 실린더 안의 연료 폭발이 팽창한 후 피스톤 운동을 추진하는 기본 원리를 연구하는 것이다. 당시 그는 수소산소와 혼합 점화로 내연 기관을 구동하여 실험에 초보적으로 성공했다. 1807 년 그는 프로토 타입 엔진을 사륜마차에 설치하고 마차를 일정 거리만큼 운전해' 세계 최초의 내연 기관 구동 자동차' 라는 영예를 얻었다.
20 세기에 자동차 회사, 대학, 발명가, 애호가들은 수소 구동 내연 기관의 실현 가능성을 더 테스트하고 있다. 1970 년 발명가 폴 디거스는 가스 내연 기관 개선을 위한 특허를 신청했다. 그의 디자인은 휘발유 엔진이 수소를 사용하는 것을 허락한다. 오늘날, 수소 연료 엔진은 승용차에서 버스에 이르기까지 다양한 차량에 동력을 공급할 수 있는 능력이 증명되었다.
수십 년 동안 우주공업은 액체수소를 수소산소 로켓 엔진의 추진제로 사용하여 우주 탐사에 연료를 공급해 왔다.
항공기 연료로서의 수소 연구도 오랜 역사를 가지고 있다. 일찍이 1957 에서 미국항공자문위원회 (NACA) 는 수소를 연료로 사용하여 마틴 B-57 폭격기를 20 분 동안 비행시켰다. 1988 년, 세계 최초의 액체 수소를 연료로 하는 실험용 상용 비행기가 하늘로 날아올랐다. 소련이 개발한 이런 Tu- 155 * * 는 이미 약 100 회의 시험비행을 진행했다. 30 여 년이 지난 오늘, 항공업계는 다시 한 번 수소 연료 상용 비행기에 눈을 돌렸다.