全球氫能飛機發展動態及對我國的戰略啟示

韋東遠

步入21世紀，全球日益頻發的極端氣候事件嚴重威脅到人類的生存和健康，這與支撐工業化社會快速發展“用能”所產生的碳（CO2）排放緊密相關。其中，交通運輸業作為僅次于能源電力行業的第二大碳排放源，是破解應對氣候變化這一緊迫性問題的關鍵。當前，全球交通運輸業低碳化、清潔化、電氣化發展趨勢越發顯著。繼全球電動飛機①快速發展之后，氫能飛機②已被視為“零二氧化碳排放”航空器的典型代表、能源消費的“終極形式”。各國政府對此高度重視，紛紛部署戰略規劃、制定扶持政策，積極推動參與多領域減排脫碳技術創新實踐，進而為推動氫能飛機創新發展與產業重塑創造優良發展條件。

一、我國氫能飛機創新發展處于起步階段，未來機遇與挑戰并存

當前，我國氫能飛機的發展，與電動飛機發展相比，尚處于研發起步階段。雖然國內從事氫能飛機研制的企業與科研院所，在氫能飛機試驗機、概念機等方面已取得一些可喜進展，但整體上氫能飛機的基礎研究、技術創新等方面根基相對較弱。同時，以氫能汽車為代表的氫能示范應用逐步興起，也將為氫能飛機的拓展應用提供前期驗證性技術儲備。

（一）國家部署新能源航空器研發，為氫能飛機發展開辟道路

我國作為全球制氫大國，氫在合成氨等工業領域的應用相當廣泛，但氫能在交通領域的示范應用，始于《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》，并在《“十三五”國家科技創新規劃》《“十三五”交通領域科技創新專項規劃》《國家重點研發計劃》等文件中，規劃了氫能與燃料電池研發等相關發展重點。此外，國家能源局印發的《中華人民共和國能源法（征求意見稿）》（2020年），將“氫能”納入能源范疇；國家發展改革委、國家能源局聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，中國民用航空局、國家發展改革委、交通運輸部印發的《“十四五”民用航空發展規劃》、中國民用航空局印發的《智慧民航建設路線圖》（2022年）等系列文件，系統部署“穩步推進氫能多元化示范應用，推進電驅動、氫燃料等新能源飛行器研發，以及加強電動力推進系統、氫燃料電池等適航驗證方法的基礎性研究”等諸多方面研發重點，為未來氫能飛機發展提供方向性指導及政策保障，這勢必為其未來發展注入新動力。

（二）有關企業與科研院所積極投入氫能飛機研發，力爭把握產業發展主導權

與發達國家相比，我國投身氫能飛機研發的企業、科研機構相對較少，但以中國商飛、國家電投集團氫能科技、沈陽銳翔等為代表的企業，以及中國航空研究院、中科院大連化物所、遼寧通用研究院等科研機構，積極參與氫能飛機研發并不斷取得突破性進展。其中，2017年，遼寧通用研究院與中國科學院大連化學物理研究所聯合研制有人駕駛氫燃料動力鋰電池試驗機，在沈陽試飛成功；2019年，中國商飛聯合國家電投集團氫能科技公司等單位，共同研制“靈雀H”氫燃料電混合動力驗證機，成功實現試驗飛行；2021年，中國商飛北研中心聯合國家電投氫能公司共同研制“智能新能源飛機ET480全尺寸驗證機”，完成總裝下線。上述氫能飛機的研制與試驗飛行，使得我國氫能飛機研制有望躋身全球領先國家行列，成為繼美國、歐盟等發達國家和地區之后擁有該項技術的國家，具備了未來提升氫能飛機產業競爭力以及搶占市場的良好基礎。

（三）氫能飛機尚處于起步階段，未來機遇與挑戰并存

當前，我國氫能飛機發展整體上滯后于發達國家，但是同電動飛機一樣，相對差距遠比傳統飛機“小”得多，未來的發展可汲取我國新能源汽車發展經驗，推動氫能飛機“換道超車、奮起直追”；同時，碳達峰碳中和這項綜合戰略的實施，對交通運輸業碳減排提出明確目標，為氫能飛機提供發展機遇，為未來參與全球化科技產業競爭創造條件。

據有關知名研究機構稱，發達國家氫能飛機處于概念探討和初步實證的科研攻關階段，尚無可用于大規模商用的完整詳細解決方案，但是業界人士對未來5—10年內氫能飛機科技產業創新關鍵與難點已經基本形成共識。比如，氫能飛機創新關注氫動力推進系統、關鍵組件的研發，基礎設施障礙的解決以及監管架構的建立；核心關鍵技術集中于儲氫罐、液氫燃油系統、氣氫直燃燒渦輪、氫燃料電池等方面的突破；產業推進聚焦于氫能大規模商業化應用、基礎研究能力與標準化建設，以及整機系統和關鍵組件的可靠性、穩定性與耐候性等方面的提升。上述諸多制約因素與突破點，同樣將對我國氫能飛機創新發展形成嚴峻挑戰，未來創新發展道路將更加艱巨。

二、美歐日等典型國家和地區確立氫能飛機發展戰略，指引航空運輸業實現戰略轉型

近年來，美國、歐盟、日本等多數發達國家和地區作為全球航空運輸業先進水平的代表，極為關注氫能飛機的研發，將其視為“降低碳排放、保障能源安全和實現經濟增長”的動力，相繼加快氫能飛機發展的戰略部署，不斷推動全球航空運輸業綠色低碳轉型。

（一）美國多層面部署并推進氫能飛機發展，以保持其全球競爭領先地位

美國氫能飛機發展最早始于20世紀50年代，當時為提高軍用飛機性能B-57戰機搭載氫能燃料，開展對氫能應用潛力的評估。20世紀70年代、90年代兩次全球性能源危機，以及應對氣候變化緊迫需求，推動了氫能示范應用及氫能飛機發展。比如，美國能源部（DOE）2002年發布《國家氫能路線圖》并于2004年啟動“氫能行動計劃”，提出并確立氫能發展戰略規劃，推動氫能面向能源、交通等各領域示范應用。在此基礎上，美國能源部綜合考慮以往制定的氫能計劃和相關文件，2020年發布《氫能計劃發展規劃》，提出未來十年及更長時期氫能研究、開發和示范總體戰略框架，明確氫能發展的核心技術領域、需求挑戰及研發重點，確立氫能主要技術經濟目標。其中涵蓋由美國國家實驗室主導的氫能和燃料電池關鍵技術研究，以促進航空氫能動力研發與示范應用。此外，2021年，美國能源部還發布《氫能攻關計劃》，部署31個氫能項目（涵蓋氫能飛機），旨在推進下一代清潔氫能技術發展，降低氫能成本并加速其技術突破。2022年又增設6個氫能新項目，推進氫燃料燃氣輪機機組的優化及其組件的研發。

可見，美國始終將氫能及氫能飛機發展視為戰略重點，通過持續創新技術研發和打造集中化的示范應用，搶占氫能飛機發展主導權，以確保其科技產業核心競爭力，維護其全球領先地位。

（二）歐盟實施綠色航空發展戰略，加快推進氫能飛機技術研發

歐盟作為全球探索氫能應用的先行區域，長期以來積極推動氫能科技和產業快速發展，將氫能視為實現深度脫碳、加快清潔能源轉型、應對氣候變化的重要載體，以此不斷推動經濟快速增長。比較典型的案例包括：歐盟較早發布《歐洲航空業：2020愿景（Vision）》（2001年）、《氫發展構想報告和行動計劃》（2003年），確立并推動了氫能在交通領域的規模化應用；同時，其已發布的《航跡2050（Flight Path 2050）》（2011年），進一步明確了氫能飛機的發展戰略。

近年來，歐盟電池和氫能聯合組織發布的《歐洲氫能路線圖：歐洲能源轉型的可持續發展路徑》報告（2019年），以及“地平線2020”科研與創新框架資助下完成的《2050年前氫動力航空的技術、經濟和氣候影響：一項基于事實的研究》[簡稱《氫動力航空》（2020年）]報告，評估了大規模氫能應用與促進航空脫碳潛力。此后，歐盟相繼出臺《歐洲氫能戰略》《能源系統集成戰略》《航空綠色協議：歐洲可持續航空愿景》，指明了未來30年清潔能源、航空燃料特別是氫能發展的方向，擴大氫能在難以去碳化領域（如工業、交通、能源生產等）的大規模應用，進而力促實現2050年“氣候中性”目標。

（三）日本以陸路交通領域氫能商業應用為先導，逐步向航空領域應用拓展

21世紀初，日本經濟產業省啟動《地球能源降溫創新計劃》（2008年），確立2050年實現減排目標，制定氫能發展方案，以此力爭解決能源安全問題、增進環境保護。同時，日本資源能源廳發布《氫能與燃料電池戰略路線圖》（2014年），大力開發氫能，推進氫能及燃料電池汽車的商業化應用，為氫能邁向航空領域奠定技術儲備。2017年，經濟產業省制定《氫能源基本戰略》，提出“領先全球、實現氫能社會”戰略，部署氫能發展政策，其后發布《綠色增長戰略》（2020年版及2022年更新版），明確提出航空業“電氣化、綠色化”發展目標，部署電動飛機、氫動力飛機以及航空業電氣化商業化發展計劃，力爭到2050年二氧化碳排放較2005年減少50%，以此大力推動航空運輸業碳中和愿景實現。

（四）知名航空制造商對氫能飛機研發路徑選擇持不同觀點

以空客、波音等為代表的航空飛機制造商，21世紀初期均開始在試驗機上測試燃料電池系統，并提出支持可持續航空燃料和綠色制氫能力開發，推動航空業可持續發展。此后，由于對氫能飛機發展理念與認知不同，空客、波音等各自選擇了不同發展路徑，因而對氫能飛機發展產生影響。

一是空客看好氫能飛機發展路徑。21世紀以來，空客公司以A320試驗機測試燃料電池系統之后，開展氫動力相關試驗設備研究，以及基于氫動力概念飛機研制，2017年發布《零排放（ZEROe）商用客機技術路線圖（2020-2025年）》，參與氫動力“綠色飛機計劃”研發；2020年制定《氫能源電動飛機路線圖》，大力發展新型氫動力客機，2025年實現氫能源驗證機首飛、2035年實現氫能源飛機商業適用，力爭推廣到空客全系產品以及延伸拓展到大型客機。

二是波音等其他制造商對氫能飛機的路徑選擇有所不同。業界普遍認為，氫能取代傳統燃油是大勢所趨，但其基礎設施和監管框架等諸多方面亟待完善，戰略轉型尚需時間驗證。為此，波音決定在2050年前選擇油電混合技術路徑，2050年后選擇氫能完全替代傳統燃料。另外，羅爾斯·羅伊斯發布了《凈零碳排放路線圖》（2022年），推動2030年溫室氣體實現凈零排放；同時，開發氫能電力推進系統，為城市空中交通（UAM）和區域空中交通（RAM）平臺提供能源動力。賽峰集團發布《飛機推進系統技術路線圖》（2017年），推動航空動力由混合電推進、分布式電推進向完全電推進邁進。可見，氫能飛機的創新發展，迫切需要深度探索以及選擇有效合理技術路徑，從而為全球氫能飛機的快速發展提供借鑒。

三、全球氫能飛機發展對我國戰略的啟示

當前，世界百年未有之大變局加速演進，全球科技創新進入密集活躍期，新一輪科技革命和產業變革對全球經濟結構產生深刻影響。特別是在“碳達峰碳中和”目標背景下，氫能飛機被視為航空運輸業的“脫碳先鋒”，相關科技產業創新的迅速演進已成為化解碳排放問題的核心與關鍵。為此，借鑒發達國家氫能飛機發展經驗，針對未來我國氫能飛機的創新發展，考量宏觀部署、科技產業全面創新、營造創新生態以及強化開放合作等方面因素，形成如下啟示。

（一）著力強化氫能飛機發展的宏觀部署，做好長遠戰略布局

在當今形勢下，航空運輸業綠色低碳轉型發展已勢在必行。面對氫能飛機即將顛覆傳統航空動力推動方式的重大契機，科技產業部門應充分考慮航空器綠色低碳發展趨勢，針對未來氫能飛機創新發展，貫徹落實國家重大戰略部署，擇機制定綜合性、領域性戰略規劃、創新行動計劃或方案，編制產業技術創新路線圖，形成近期乃至中長期的戰略性指引。比如，深入落實《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》，豐富細化氫能航空器創新發展內容，加快氫能及關聯產業創新進程；研究制定《氫能飛機產業發展專項計劃》（或制定《行動方案》），編制《氫能飛機產業技術路線圖（2023-2025年）》，助推產業穩步發展；考慮在《國家重點研發計劃》“可再生能源與氫能技術”重點專項中，增設兆瓦級燃料電池等研發內容，加強氫能飛機電推力系統技術攻關，為推動氫能飛機產業化、加快航空運輸業戰略轉型提供關鍵性技術保障。

（二）以科技創新為核心，著力提升氫能飛機產業創新實力與能力

基于我國氫能產業發展基礎，堅持需求導向、問題導向及目標導向相結合，借鑒氫能汽車發展經驗，以國家創新驅動發展戰略為指引，強化基礎研究，努力取得重大原創性成果；完善“政產學研用金介”深度融合的科技創新體系，建立與其發展相適應的核心關鍵技術攻關機制，形成以科技創新為核心，涵蓋基礎研究、技術創新及產業化示范應用的“全鏈條、一體化、全面創新”新格局；依托國家能源實驗室，打造資源高效配置、功能完備、能力強大的氫能科技創新體系，形成以氫能飛機科技創新為主線、支撐氫能源全面創新、促進高質量發展的體系化創新能力，推動氫能飛機產業穩健發展，助力航空運輸業綠色低碳戰略轉型。

（三）著力營造氫能飛機協同發展創新生態，助推科技產業穩健發展

氫能飛機的創新發展，要以統籌協調創新資源、構建良好創新生態系統、深化產業治理為保障。應進一步完善創新資源投入機制，加大國家財政基礎研究支持力度，鼓勵企業增加基礎研究投入，以此提供創新發展財力保障；支持領軍型企業整合科研院所、高等院校等創新資源，建立新型創新聯合體，實施集智攻關；健全人力資源保障機制，有效發揮科技領軍人物、頂尖人才等高端人才的積極性、創造性，努力打破關鍵核心技術制約，開創創新發展新局面，為產業蓬勃發展提供源動力。

（四）著力強化氫能飛機產業開放合作，謀求氫能飛機創新發展新機遇

氫能飛機科技開放合作，需要業界積極倡導信任、開放、合作的科學理念，秉持“互惠互利、共同發展、多方共贏”的原則，結合未來氫能飛機發展需求，將科技創新、產業培育與開放合作深度融合；準確把握未來開放合作新趨勢，將開放合作融入區域創新網絡、全球創新網絡，瞄準主要創新大國和關鍵小國，以全球視野配置創新資源，有效推動創新資源精準對接；以高水平有效行動，建立多元化開放合作渠道，探索開放合作新模式，全力推動全方位、多領域、深層次開放合作，共同探索解決關鍵性問題的途徑與方法，為氫能飛機創新發展提供系統性、高質量的解決方案，進而有效回應全球各國對此的共同關切，惠及更多國家和人民。

（作者系中國科學技術發展戰略研究院科技發展智能決策研究所研究員）

① 電動飛機（Electric Aircraft）是指依靠電動機而不是內燃機驅動的飛機，其電力來源主要包括燃料電池、太陽能電池、超級電容器、無線能量傳輸或其他種類的電池等。除純電動飛機外，還包括混合動力飛機及氫能飛機，每種類型飛機又分為有人駕駛和無人駕駛。

② 氫能飛機（Hydrogen Aircraft）隸屬于電動飛機范疇，是以氫渦輪燃氣輪機及氫燃料電池為推動力的航空飛行器。