2022年6月，日本川崎重工宣布将开发氢动力飞机主要部件、氢燃料推进器和液化氢储藏罐，并计划于2040年投入使用。该项目得到了新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的大力资助，政府背书加之先进的氢能技术储备无疑为日本推进航空净零排放、实现气候目标提供了有力保障。目前，川崎重工还与欧洲空客就飞机供氢网络进行联合研究，而欧美也在氢能飞机发展方面积极布局，制定战略、开发项目、提升技术，合力构筑全球航空领域减排新赛道。西方国家此番积极打造全新航空生态链，并持续收紧对华技术封锁，无疑将给中国C919等中型机践行低碳航空发展、进军未来国际市场带来新的挑战与风险，使中国民航脱碳任务更加紧迫。

一、日本以核心技术为突破口，打造国际氢能航空供应网络

日本将航空作为推动2050年实现碳中和的《绿色增长战略》14个重要领域之一，氢能飞机是主要增长途径之一。为此，日本经济产业省从NEDO“绿色创新基金”中划拨210.8亿日元启动“下一代飞机研制”项目，项目明确下一代飞机整机开发将由欧美原始设备制造商（OEM）主导，日本企业为其提供核心技术和部件：川崎重工（KHI）落实本项目液态氢储罐、氢发动机燃烧室、机体结构等氢飞行器核心技术开发，三菱重工和新明和工业负责开发用于飞机复杂形状和轻量化的复合材料，该项目计划推动氢能飞机在2040年投入实际使用。

在储氢及氢燃烧器等核心技术方面日本实力不俗。超低温储氢罐技术上，KHI建造的世界首艘液化氢运输船已经投入运营，储罐容积可达1250m?，不过航空用储罐对重量和压力控制更为敏感，因此仍需对储罐材料和设计进行升级，目前日本东丽先进复合材料公司也已在政府部门的资助下开展轻质长寿命复合材料液氢储罐研究。在氢燃烧器方面，NEDO明确采用地面经验开发飞机用氢燃气轮机，KHI早在2018年就进行了纯氢燃气轮机发电系统的示范测试，2020年又对其纯氢干式低NOX燃烧技术进行了验证，NOX和水蒸气作为燃氢方案的主要温室气体，低NOX排放技术更可能受到未来氢能航空的青睐。此外，作为面向航空需求开发的新技术，宇宙航空研究开发机构（JAXA）表示将支持KHI和其他供应商开发测试用于从储罐中传输液态氢和向发动机供应高压气态氢的的增压泵技术。

依托氢能战略日本为氢能航空供应链及市场的普及打下坚实基础。目前，世界上首个跨国氢供应链项目（HESC）已在日澳政府的支持下建成，日本企业还将其在澳大利亚生产的氢气运往东南亚及太平洋岛国，一个由日本企业主导的氢供应网络正在西太平洋地区渐渐成型。而由于化石燃料的匮乏，日本市场和社会对于氢能的接受度也较全球其他地区更高，当前日本燃料电池汽车和家用热电联产系统已初具规模，商业航空的氢能应用也正在积极探索之中：目前三菱商事等已受NEDO委托在新千岁机场构建利用氢能的研究模型，关西机场与空客合作研究机场引进氢燃料飞机所需的基础设施，日本航空公司计划2035年推出以氢为动力的小型飞机。

除了达到脱碳目的，日本还希望通过联合欧美打造氢能飞机提高本国航空工业的市场份额，并主导制定与该技术相关的安全标准和国际标准。为此，国土交通省和经济产业省已设立面向飞机脱碳化的新技术官民协会，讨论制定2023年及以后的标准制定等工作计划，并根据计划推进标准制定、支持国内制造商的认证活动和实施认证等。

二、欧洲氢能飞机早有布局，坚定推进低碳航空发展

欧盟将氢作为实现欧盟绿色协议中规定的大幅减少航空排放的目标的重要途径。欧盟发布的《氢动力航空：到2050年氢技术、经济和气候影响》报告明确概述了欧洲氢能飞机发展战略布局，提出氢动力航空研发三步走路线图，重点关注关键组件、飞机系统、基础设施和监管四大领域，先后开展技术基础、短中程氢动力飞机、远程飞机原型机研发，具体包括液氢储罐、氢涡轮机、液氢燃料组件等，促进脱碳航空发展。

欧洲以在2000年初开启的Cryoplane氢燃料飞机概念研究成果为基础，专注低碳飞机机体结构与技术研发。以空客为例，空客早在2008年就开始在A320试验机上对氢燃料进行测试，2020年决定停止E-Fan X电动飞机计划转为全力发展氢能飞机，将氢燃料推进系统作为新一代零排放商业飞机的核心，花费数十亿欧元推出三型ZEROe客机概念，即研发最大载客量100人、续航里程1000多海里的涡轮螺旋桨飞机，最大载客量200人、续航里程超过2000海里的涡轮风扇发动机飞机（传统机身形状）和翼型飞机，并计划在2035年交付使用。空客在全球氢能飞机布局方面也积极开展研发合作：2022年2月其宣布使用A380作为ZEROe项目的试验飞机，选择A380远程宽体飞机是为满足配备4个大型储氢罐的空间需求，使用的低成本、低重量、高性能的低温液氢储罐将在德国和法国工厂准备，氢燃料发动机则由美国通用和法国赛峰的合资公司CFM国际负责改造，并在美国进行组装。

从市场角度看，欧洲未来可能率先在大中型机上验证零碳排技术，再部署到A320等中短程窄体飞机。一方面，到2050年，全球碳排量将有25%来自于航空业，而航程在2000km-3000km左右的中型飞机碳排放量最多，其次是航程为8500km-1000km的大型飞机；另一方面，航空飞机中窄体飞机市场表现强劲，预测未来20年窄体飞机将占全球交付量六成多，氢能窄体飞机将实现最大程度的二氧化碳减排。但率先在窄体飞机上使用新型零碳技术会伴随较高的商业风险，因此航空公司可能首先选择在B767、A330等中等机型上引入氢动力系统；此外，由于氢燃料体积较大，会在一定程度上压缩客舱空间，为平衡航程与载客量等经济型问题，目前已被搁置的A380、B747等大型宽体客机也有可能借此契机焕发新的生机。

三、美国多元化航空动力体系，收紧排放标准推动技术落地

有别于日欧，美国仅将氢能作为航空动力多样化的途径之一。2020年11月美国能源部（DOE）曾召开H?@Airports研讨会分析机场和航空领域氢的应用前景，认为美国可持续航空燃料（SAF）的来源广泛且具有成本优势，短期内使用SAF更符合逻辑，而如果未来SAF不足以满足航空需求，为了更好的兼容现有基础设施，则可通过液氢对其进行补充。航空巨头波音也对氢能飞机持保守态度，认为由于技术不确定性和监管方面的障碍，主要机场不太可能在2050年之前大量采用氢燃料飞机。

不过美国对氢动力飞机研究的脚步从未停歇，尤其是在航空发动机方面，低NOX燃烧和电推进技术路线并进。相比传统燃料飞机和合成燃料飞机，氢燃料飞机在碳排、氮氧化物排量、水蒸气排量和凝结尾迹等方面都具有较大优势，同时，美国氢燃气轮机技术底蕴深厚，空客A380测试平台上的氢燃料发动机就将由GE Passport发动机改装而来，而目前GE也正在测试其富氢燃料干式低氮燃烧器；普惠公司早在上世纪50年代就制造了全尺寸氢燃料发动机，2022年2月DOE批准普惠公司开发氢蒸汽喷射中冷涡轮发动机（HySIITE），旨在将下一代单通道飞机的NOX排放量减少80%。与此同时，美国氢电动力飞机进展也走在全球前列，Universal Hydrogen的氢动力商业飞行套件汇集了Plug Power的氢燃料电池、MagniX的电机及其自有的模块化氢胶囊等技术优势，HyPoint率先开发“涡轮气冷式”高温质子交换膜（HTPEM）燃料电池，而NASA的飞机高效电气技术中心（CHEETA）则利用氢燃料的极低温特性开发了超导旋转机（发电机/电动机）。虽然目前美国氢电动发动机大致都在千瓦级别，仅支持短途小型支线飞机的电动化改装，但各研发单位均已表示开展兆瓦级别发动机的研制，并将最终目标市场瞄准B737和A320等机型。

虽然美国政府及航空巨头对待氢能航空并不如日欧热情，但美国对于航空排放的要求日益严格，或将倒逼氢能航空发展。联邦航空局（FAA）公布了拟议的飞机排放标准，将美国标准与国际民航组织（ICAO）的标准保持一致，FAA的排放上限适用于2028年1月1日以后制造的大型飞机，也适用于2021年1月1日后提交认证的新飞机类型。在此背景下，美国航空公司纷纷寻求脱碳，达美航空已与空客公司合作研发氢动力飞机及其所需的生态系统；美国联合航空公司也投资ZeroAvia寻求CRJ-550支线飞机的氢发动机改装。

四、风险及建议

据国际清洁交通委员会（ICCT）报告，当前全球航空运输碳排放量结构中窄体机经济舱的碳排放占比最高，然而中国商飞的C919目前使用的LEAP-1C发动机是A320Neo和B737Max系列的同系列发动机，虽然燃油效率具有一定优势，但相较于SAF或氢能飞机的排放水平还有较大差距，而国产CJ1000A发动机碳排放水平还要略高于LEAP-1C发动机。若西方如期推出零碳飞机，则可以持续收紧航空碳排放标准，极大削弱国产飞机的市场竞争力。另一方面，国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA）下中国国内的一些减排单位是不能够用于CORSIA下的抵消义务，如果不能用国内的减排单位进行抵消，就只能从国际碳市场购买减排单位进行抵消，会增加航空运输企业的减排成本，因此若不能尽快研制低排放水平的下一代飞机，碳排放问题可能同时拖累未来国产飞机和国内航空公司的快速发展。

而从前文所述的各国情况来看，目前欧美日在氢能航空领域已经具有比较明确技术发展路线及国际分工，并在各自的细分领域建立了技术优势。不仅如此，航空技术安全性要求较高，西方企业在技术开发上往往设置PlanA、PlanB甚至PlanC，核心技术路线作为商业机密不对外公开，因此我们看到的很可能只是冰山一角。更重要的是，氢能航空涉及从基础材料、飞机设计到运行维护的复杂产业链条，需要形成产业链各环节共同发展的整体规划。而反观中国，不仅相关技术研发刚刚起步，而且缺乏明确的发展路线规划，氢能飞机发展缓慢，如不能加速追赶将导致中国在未来商业航空市场竞争中处于下风。

虽然目前世界各国均处于氢能飞机的起跑阶段，还需突破经济性与安全性问题才能实现商业化，但从长期趋势来看，随着氢能应用成本随相关技术成熟度提升而下降，氢能飞机迟早可以实现经济性平衡，因此，氢能飞机安全性将成为各国竞争的焦点。由于液氢低温特性及氢脆等问题，氢能航空需要建立全新的标准体系，飞机设计、材料、制造工艺、误差范围等诸多标准尚需实践检验，飞机检修、剩余寿命评估等经验也仍需探索，建立整套安全认证和保障标准的实际工作量巨大，目前美日欧均已着手开始探索相关标准，如中国不能提早开始相关测试工作，未来国产新机型认证和后续运营可能继续面临受制于人的局面。

为应对上述风险点，中国应尽早做好准备。首先，中国仍需尽快实现高端经典航空发动机的自主化，开发系统性低碳航空技术，在此基础上加强国际航空运输减排市场化方案制定工作的参与度，如：派驻专家担任专家组的主席以及报告人等关键角色，建立能够反映全球航空运输排放的模型，模拟各种减排方案下对不同利益相关者的影响，从而拿出有说服力的方案，最终影响方案发展的方向等。其次，积极在氢能飞机领域布局，以“十四五”规划纲要航空业绿色发展、中国民航局《关于“十四五”期间深化民航改革工作的意见》等政策指导文件为基础，在建立健全氢能顶层规划、法规与政策体系的基础上探索氢能飞机发展，为产业链条各环节上的项目开发提供资金保障，实现协同发展。就相关技术难点问题继续攻关，克服卡脖子问题。目前，氢能推进技术方面，氢涡轮和氢燃料电池是氢能飞机推进系统最受关注的两个方向，未来需重点关注氢燃料生产和氢能飞机经济性、飞机氢燃料低温储存、加注技术及安全性等技术布局；同步开发面向高低温差、氢脆、摩擦磨损及水蒸气腐蚀等应用挑战的的新材料、新工艺，探索建设成本与效率平衡的制氢、分配、储运、加氢技术方案等等，助力中国通过氢能飞机实现航空领域的弯道超车。最后，中国应在大量实验实践的基础上提早布局氢能飞机标准规则的制定，还应培育相关市场，建立相应的市场激活机制，吸引金融市场提供投融资，以适应未来全球氢能飞机市场规模的强势增长趋势。