航空業占全球總能源消耗量的二．五％至五％，影響程度不可謂不小。示意圖。（資料照，桃機公司提供）

呂錫民／工研院能環所前研究員

航空業占全球總能源消耗量的二．五％至五％，影響程度不可謂不小。目前，排放各種溫室氣體（GHG）的液體化石燃料是航空部門的主要使用能源。隨著世界人口不斷增長，近年來，航空業快速發展，對環保型電力技術的需求急劇增加。在眾多清潔能源中，「氫」因其清潔和豐富的特性，被認為是未來航空燃料的明日之星。

航空運輸業對世界各國社會與經濟的發展具有卓越貢獻，過去二十年，航空運輸能力顯著增加，預計到二○三○年，每年將以五％左右的速度增長。不可避免地，這將導致噴氣機飛行數量的增加。在各種燃料商品中，煤油是航空業價格最便宜且最常用的燃料。儘管它是一種廉價燃料，但煤油對環境有著重大影響，因為它會釋放出不同排放量的溫室氣體。據報導，全球航空業產生的二氧化碳約占運輸部門的十二％，在二○一八年，有近九．一八億噸二氧化碳是從飛機航班中產生的。燃燒副產品僅有水的優點，致使氫和燃料電池技術具有龐大潛力，以作為航空業中各種應用的動力源。

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使用氫作為燃料以代替傳統化石商品存在一些挑戰，但其優勢大於劣勢。氫與由化學獲得的任何其他燃料相比，具有最高的質量能量密度，是煤油的二．五倍。但是，液態氫的體積能量密度是煤油的四分之一，為了讓氫能在航空業使用，其體積能量密度必須提高。儘管存在這一缺點，與煤油動力飛機相比，氫動力飛機的重量效率更高，運營成本更低。一般來說，使用氫作為噴氣燃料需要修改飛機和發動機的設計。

就傳統噴氣燃料而言，氫被認為是一種有前途的替代清潔燃料，能夠減少航空業對環境的影響。然而，再生能源製氫技術的高成本、氫燃料基礎設施的缺乏、儲氫問題以及改變飛機佈局的需要都是遲滯氫動力飛機發展的主因。因此開發重量輕、成本低且安全的儲存技術是氫在航空應用中廣泛商業化的重要要求。有人駕駛和無人駕駛飛機都需要一種輕型儲氫解決方案。

在各種航空業儲氫技術中，只有液態氫低溫罐在不久的將來似乎是可行的。適用於航空和太空的儲氫罐與為地面應用的儲氫罐有很大不同，儲氫罐的隔熱設計應能夠承受更長時間的過度熱負荷，尤其是在超音速飛行情況下，開發耐用且輕便的材料對於儲氫過程的成功至關重要。

在其他用氫方面，燃料電池技術也被研究，以提供航空工業中不同設備的供電用途，例如飛機的輔助動力裝置（APU）和機場的地面支持設備（GSE）。使用燃料電池APU具有許多優勢，包括發動機尺寸小、碳排放量低和能量轉換效率高。適用無人機的燃料電池已被開發，與一般由電池供電的無人機相比，氫燃料電池已成功地增加小型無人機的航程，而大型遠程飛機的應用也在努力當中。

儘管近年來已取得重大突破，但在燃料電池技術全面應用於航空領域之前，仍有各種問題需要解決。其中，燃料電池設計和儲氫罐的改進，將促使氫能技術在航空業中的應用更加可行。另外，隨著人類往太空活動的增加，了解燃料電池在低壓、低重力和低溫等極端條件下的性能，對開發航太部門所需的高效設備也至關重要。整體而言，提高功率密度、降低成本和延長燃料電池使用壽命，都是加速該技術在航空與太空上應用的重要因素。

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