从安全认证到整机研发氢动力飞机全产业链海外持续突破!

近期由垂直飞行协会主办的第四届H2-Aero研讨会在美国加利福尼亚州长滩市举行。这场以“突破边界”为主题的盛会，汇聚了氢航空及燃料电池领域的行业精英、学术专家与政府机构代表。超过100名现场参会者及20余名线上参会者共同见证了氢航空领域的最新突破，深入探讨了该领域发展的进展与挑战。从氢动力飞机的技术突破到相关认证标准的制定，从氢燃料机场枢纽的规划到安全规范的探索，此次研讨会全方位展现了氢航空产业的发展态势。

H2-Aero研讨会主席、ZEV Station首席执行官兼首席技术官杰西·施耐德(Jesse Schneider)以“用氢为航空航天和机场脱碳”为题开启了本次盛会。他着重强调，航空及机场脱碳是一项系统工程，需要“众人拾柴”——航空航天业、认证机构、科技企业、标准制定组织、学术界及政府研究实验室等多方协同合作。这种协同不仅体现在地面交通与航空运输的脱碳协同上，更在于构建多模式氢机场枢纽，以及搭建产业、学术界和政府机构合作的社区。

杰西·施耐德提到，2023年首届H2-Aero研讨会后，其带领团队发布了VFS白皮书《多模式氢机场枢纽》，该白皮书勾勒出地面车辆与飞机氢枢纽作为氢机场商业化模式的蓝图，并催生了国际汽车工程师学会(SAE International)AE-5H氢机场委员会。这一委员会致力于推动机场氢燃料加注的标准化，为氢航空的商业化奠定基础。

在政策与资金支持方面，尽管美国联邦交通战略存在不确定性，但加利福尼亚州仍在积极推进零排放交通。该州计划到2035年实现所有轻型和中型车辆零排放(目前已有25%的轻型车辆为零排放车辆)，到2045年实现100%碳中和电力(目前电网已达33%)。与本次研讨会密切相关的是，加州为其可再生清洁氢能源系统联盟(ARCHES)投入126亿美元(其中包括高达12亿美元的联邦资金)，ARCHES是美国氢枢纽之一。此外，加州还计划在2025年发布氢航空白皮书，为氢航空发展提供政策指引。

多家企业在研讨会上展示了氢动力飞机的技术突破与商业化进展，涵盖不同机型和动力系统，为氢航空的未来描绘出清晰路径。

ZeroAvia：

从技术突破到认证推进

ZeroAvia首席执行官瓦尔·米夫塔霍夫(Val Miftakhov)博士介绍了公司在氢航空领域的开创性进展。2020年，该公司用一架6座Piper M系列飞机完成了全球最大的氢电飞行；2023年，又用一架19座多尼尔228飞机刷新纪录——将其中一台涡轮发动机替换为氢燃料电池系统。基于这些成果，ZeroAvia在2024年完成了ZA600推进系统的飞行测试并最终确定设计。

ZA600采用气态氢(GH2)存储，搭配低温质子交换膜(LTPEM)和660千瓦电动机，适用于小型涡轮螺旋桨飞机。2025年2月，ZeroAvia获得美国联邦航空局(FAA)关于电动推进系统(EPS)的G-1问题文件(第二阶段)，这意味着政府与公司就认证基础达成一致。该公司计划2026年将ZA600投入使用，其具有高容错性、显著降噪效果，运营成本较涡轮发动机降低高达40%。

同时，ZeroAvia正在研发ZA2000，采用液态氢(LH2)和高温质子交换膜(HTPEM)，搭配2兆瓦以上电动机，适用于更大机型。米夫塔霍夫认为，氢电推进是航空领域最具可扩展性的脱碳方案，而可持续航空燃料(SAF)因原料限制难以大规模应用。

联合治疗公司(United Therapeutics)：

氢动力VTOL的器官运输愿景

联合治疗公司首席执行官玛蒂娜·罗斯布拉特(Martine Rothblatt)博士披露，该公司改装的罗宾逊R44直升机(UT H2eR44)于2025年3月27日在加拿大魁北克省布罗蒙完成全球首次载人氢燃料电池动力电动垂直起降(VTOL)飞行。此次三分钟16秒的试飞展示了氢动力系统的悬停和机动能力。

该直升机的动力管理系统是一大突破，可控制燃料电池和 booster 电池的能量组合，满足起降时的瞬时功率需求。其首个燃料电池系统峰值输出178千瓦，悬停轴功率约155千瓦，由两个92千瓦燃料电池堆和一个45千瓦峰值额定 booster 电池实现，机载气态氢存储量为4.5千克。未来，该公司计划改用由Gloyer - Taylor Laboratories(GTL)制造的真空绝缘双壳碳纤维罐存储液态氢(LH2)。

罗斯布拉特表示，公司目标是实现200海里(370公里)航程和500磅(227公斤)有效载荷，并计划为更大的R66直升机开发补充型号证书(STC)，打造无碳器官运输系统。

H2FLY：

氢电飞机的航程突破与市场规划

H2FLY联合创始人兼首席技术官约瑟夫·卡洛(Josef Kallo)教授介绍，公司的HY4飞机分别于2016年和2023年成功演示气态氢(GH2)和液态氢(LH2)飞行，航程翻倍至800海里(1500公里)。2022年H2FLY被Joby Aviation收购后，参与将Joby的电池电动VTOL S4改装为氢电SHY4，实现561英里(903公里)、5小时3分钟的飞行。

目前，H2FLY正在研发1.1-1.2兆瓦系统，用于配备液态氢存储的40座固定翼支线飞机，目标于2030年左右进入氢航空市场。卡洛指出，氢电飞机推进系统的噪音感知将远低于现有涡轮螺旋桨发动机，巡航飞行噪音预计降低15分贝(A)，这得益于高扭矩电动机带来的较低螺旋桨转速。

其他企业的技术探索

- Piasecki Aircraft：其PA-890采用高温质子交换膜(HTPEM)燃料电池动力复合直升机，获得美国空军和能源部研发合同支持。HTPEM燃料电池能量密度是锂离子电池的5倍，比功率是低温质子交换膜(LTPEM)的2.5倍，效率比涡轮发动机高40%，运营成本预计比涡轮直升机低50%。

- Hydroplane：在美国军方支持下，将Piper Cherokee 180飞机的铅基航空汽油活塞发动机替换为500千瓦氢燃料电池动力装置，并研究用于移动能源生成的100-500千瓦氢燃料电池动力装置。

- Unmanned Aerospace：其氢动力GH-4 VTOL旋翼机由美国海军和国防部长办公室资助，最大起飞重量132磅(60公斤)，有效载荷15磅(6.8公斤)，航程达160英里(260公里)。氢燃料电池提供主要动力，booster电池在VTOL和悬停时提供额外功率，并在巡航时充电。

- Aurora Flight Sciences：Skiron lift+cruise(L+C)无人机采用低温质子交换膜(LTPEM)燃料电池满足巡航功率需求，搭配缓冲电池用于VTOL飞行。2024年6月演示显示，其续航时间从电池动力的3.5小时延长至燃料电池动力的7小时。

氢燃料电池与存储技术是氢航空发展的关键瓶颈，相关企业在研讨会上展示了多项创新成果，旨在提升能量密度、降低重量并提高适用性。

PowerCell：

燃料电池的功率升级与应用拓展

瑞典PowerCell公司(2009年从沃尔沃集团分拆而来)拥有30多年燃料电池研发经验和知识产权，目前参与24个航空项目。其现有燃料电池堆包括S2(3-35千瓦)，适用于船舶、发电、越野和公路车辆等多种应用；S3(75-150千瓦)则用于航空领域。

在本次研讨会上，PowerCell展示了300千瓦HDS300燃料电池堆模型，这是一种中温质子交换膜(ITPEM)燃料电池，工作温度105°C(221°F)。ITPEM性能高于LTPEM，成熟度高于HTPEM，在高温下表现可靠。该公司表示，HDS300基于工业化、经过验证的技术，正迈向工业化就绪，将适配中小型飞机的部署阶段。

此外，PowerCell参与欧盟“NEWBORN”项目(耗资4480万欧元)，该项目为期3.5年，目标是2026年测试地面演示器，为1-8兆瓦应用(从小型飞机到大型客机)提供可扩展设计。

GTL：

液态氢存储罐的轻量化突破

GTL公司总裁保罗·格洛耶(Paul Gloyer)介绍，其复合液态氢(LH2)存储罐较最先进的低温罐减重75%。过去一年，该公司专注于将罐技术成熟化为可飞行的LH2存储和供给系统。以42磅(19公斤)容量的杜瓦罐为例，真空壳绝缘和结构减重10.5磅(4.8公斤)，总罐重30磅(13.6公斤)。GTL罐的重量指数为50-80%，而最先进罐仅为5-15%。

GTL为联合治疗公司的H2eR44直升机提供了LH2系统，并展示了翼塔安装罐设计。该公司还更新了“Sentinel超远航程无人机”概念，其LH2系统的单位重量能量是同等电池系统(包括罐、阀门、管道和燃料电池)的20倍，可使55磅(25公斤)无人机(有效载荷4.4-11磅)实现24 - 36小时的悬停时间(含储备)，是当前世界纪录的2-3倍。

Honeywell：

从小型系统到固态燃料电池探索

霍尼韦尔技术战略集团的克里斯·吉尔摩(Chris Gilmore)介绍，该公司在100瓦至1兆瓦功率范围开展研发。小型无人机采用燃料电池后，航程可达电池动力的3倍，氢的高能量密度支持超视距(BVLOS)任务，且清洁、安静、可靠。霍尼韦尔正在开发1.2千瓦液冷气态氢系统用于无人机，提供并联(冗余)或串联(高压)选项。

同时，霍尼韦尔正在研究固态燃料电池，其材料清单与压缩气态氢燃料电池有80%的通用性。尽管仍处于实验室测试阶段，固态燃料电池性能略高，且其燃料盒可通过航空货运运输(目前气态氢和液态氢不允许)。霍尼韦尔也是“NEWBORN”项目合作伙伴，负责总体项目和联盟领导、系统概念与集成等，目标是开发250千瓦至3兆瓦以上的氢燃料电池推进系统，2026年测试1兆瓦地面系统，2028年进行飞行演示。

H2MOF：

固态氢存储的材料创新

H2MOF首席技术官尼尔·西罗什(Neel Sirosh)博士介绍，该公司基于金属有机框架(MOFs)开发固态氢存储解决方案。MOFs是一类由金属簇与有机配体配位形成的多孔聚合物网状材料。H2MOF将新型网状材料与新型热流体、动力学和纳米工程相结合，其氢MOF方案有望降低50 - 80%的氢输送成本，这得益于更高的重量、体积和气动效率(可提升航程/续航和有效载荷)，以及简化的法规和供应链。

氢航空商业化的关键挑战之一是认证，各国监管机构正密切合作制定认证路线图，以解决氢燃料在航空应用中的安全与合规问题。

监管机构的协同与路线图

美国联邦航空局(FAA)、英国民航局(CAA)和欧洲航空安全局(EASA)正密切合作制定认证路线图，由EASA牵头。FAA首席科学家兼推进系统技术顾问卡塔林·福塔什(Catalin Fotache)博士介绍，FAA于2024年12月发布《氢燃料飞机安全与认证路线图》，这源于多家公司申请氢动力飞机型号认证(TC)以及2024年《FAA再授权法案》的国会授权。该路线图旨在识别和解决将氢作为飞机能源的监管问题。

福塔什指出，氢的重量能量密度是电池的100多倍、喷气燃料的近3倍，但体积能量密度仅略高于电池，远低于喷气燃料，因此氢飞机需要更大的存储罐。尽管在某些方面氢比汽油更安全，但它在特定条件下极易燃烧，微小泄漏即可维持火焰，微火焰难以检测，“我们必须予以重视”。

英国民航局零排放飞行负责人海伦·莱德贝特(Helen Leadbetter)介绍，英国民航局2023年启动“氢挑战”项目，促进与产业和学术界的合作，以了解氢相关风险、识别政策差距并提出净零政策建议。该项目已向相关企业提供资金，并第二轮资助13个参与者，涵盖氢燃料电池、燃烧、燃料系统等多个领域。在“氢挑战沙盒”中，英国民航局有三个主要工作流：安全(氢燃料电池和氢机场的安全风险评估等)、政策与法规(审查认证要求差距等)、测试(地面和飞行测试)。

欧洲航空安全局认证局政策、创新和知识部主任科林·汉考克(Colin Hancock)介绍，EASA预计到2030年，电动通用航空飞机、电动VTOL飞机和区域空中机动飞机(部分由氢燃料电池提供动力)将获得认证；2030年代末，用于大众运输、短途市场的更大区域和单通道氢动力飞机将跟进；2040年后，氢动力远程飞机有望出现。

认证选项与安全挑战

三家监管机构正在考虑三种认证选项：

汉考克强调了氢航空认证的安全挑战及研发需求，包括：

- 火灾与爆炸：泄漏检测、燃料切断与复燃、安全排放等；

- 耐撞性：检查和维护程序、可生存碰撞条件等；

- 材料：高空下的脆化和扩散、极端热循环等；

- 其他：照明和电气故障、高压管理等。

关于耐撞性，汉考克强调EASA的目标是，在可生存的碰撞条件下，飞机乘员应有合理机会避免重伤并快速撤离。氢特有的威胁包括火灾和爆炸、低温危害等。设计氢燃料飞机时，“乘客的生存能力应至少与使用传统燃料的同等飞机相当”。

认证进展与障碍

FAA曾计划成立氢航空工作组(HAWG)支持航空规则制定咨询委员会(ARAC)，但由于特朗普政府限制FAA与行业的互动，该工作目前暂停。不过，ZeroAvia已获得FAA关于电动推进系统的G-1问题文件(第二阶段)，为认证奠定基础。英国民航局主导ZeroAvia动力系统及集成认证，FAA计划同步验证并主导电动推进系统(EPS)认证，EASA计划顺序验证。

针对公众对氢航空安全的担忧(被称为“兴登堡综合征”)，福塔什表示，“FAA绝不会认证不安全的设计”，氢航空的安全可通过技术和规范保障。

标准制定组织(SDOs)正积极制定氢航空相关标准，为认证提供基础，同时行业也在探索氢与传统燃料的安全 equivalence。

SAE的标准制定工作

SAE国际航空航天政府和行业事务总监里奇·金(Rich King)主持了标准与安全会议，强调SAE系统组及相关委员会在标准制定中的重要性。标准是欧洲航空安全局、FAA等监管机构青睐的基于性能的法规(PBR)的基石。

里奇·金(Rich King)指出，监管机构希望行业和标准制定组织主导制定氢标准的可接受合规方法(MOC)和指导材料，作为实施氢规则制定和基于性能的法规的基础。SAE有两个委员会参与氢标准制定：

-SAE AE-5H氢机场委员会：负责机场氢相关标准化，如加注、运输和存储；

- SAE AE-7F氢与燃料电池委员会：专注于航空氢燃料电池系统标准和规范，已发布多项标准，如《AS7141推进用氢燃料电池》《AS6679航空液态氢存储》等。

这两个委员会还与欧洲标准制定组织EUROCAE的WG-80开展联合活动。杰西·施耐德同时担任AE-5CH任务组主席，该任务组去年发布全球首个SAE航空信息报告(AIR)《AIR8466机场气态和液态氢站》，并计划发布《AIR8999航空和重型运输应用的高流量液态氢加注流程和连接器》。

来源：公开信息，要点纵航整理

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