莱特提出以铝燃料电池为动力的100座电动客机方案

美国的莱特电气公司宣布了一种100座的电动短途飞机，预计将在2026年投入使用。它可以由该公司源自可回收金属的"铝燃料电池"中提供动力。莱特公司正在进行的还有一些大型电动飞机项目，包括它与欧洲易捷航空公司和BAE系统公司共同开发的更大的186座飞机。

这将是一种"低排放"的电动飞机，可能使用化石燃料的增程器来补充其电池，并将其飞行范围扩大到约1290公里（800英里）。该伙伴关系将其作为实现清洁航空的"路径"，就像天空中的丰田"普锐斯"，它将证明电动动力系统是可行的，同时等待能源储存技术发展达到一定水平。

然而，莱特的最新项目将是完全零排放的，并将使用高密度的能源储存来解决持续时间长达一小时的飞行--这足以在悉尼和墨尔本、伦敦-日内瓦、东京-大阪或洛杉矶-旧金山之间进行约1000公里（620英里）的飞行。

一旦投入生产，基于BAE 146的莱特精神（Wright Spirit）将是一种简单的100座的电动选择，承运人可以在各种非常受欢迎的航线上使用。

莱特公司的业务集中在其专业领域：兆瓦级电机和变频器。事实上，该公司在这个阶段似乎还没有确定一个能源存储解决方案，并正在评估氢燃料电池系统的利弊，就像我们现在从一些不同的公司看到的那样，以及一个真正让我们着迷的"铝燃料电池"系统。

为什么不直接使用氢气，就像其他大多数相当规模的清洁客机项目所做的那样？一个重要因素是体积。从重量上看，液态氢是一种极好的轻质储能介质--他的比能量为33313.9Wh/kg，几乎是喷气燃料（约12,000Wh/kg）的三倍。但从体积上看，它很糟糕。仅为2358.6瓦特/升，一定量的液态氢的能量所占空间几乎是喷气燃料中相同能量（约9000瓦特/升）的四倍。

对于商用飞机运营商来说，体积是个大问题；这些早期项目大多是对机身的改造，而机身的设计并不是为了承载额外的氢气体积。每一个需要从机舱中移出的座位为燃料让路，都是实用性直接打击。这就是铝的有趣之处。按重量计算，铝燃料电池所携带的能量不如喷气燃料或液态氢多；但它的比能量为8611.1Wh/kg，比当今领先的锂离子电池好33倍。而且，它在体积上也很出色，每升可装入23277.9瓦特。这将是航空公司的福音。铝作为阳极，与多孔聚合物分离器后面的碳阴极和催化剂相对。两者之间是一种电解质，通常是一种碱性液体。铝在阴极与大气中的氧气发生反应，形成水合氧化铝并释放出能量。

阴极和电解质确实在一定程度上增加了整个系统的重量，将铝的比能量上限限制在氢气系统可能达到的60%-70%。但莱特的理由是："由于一半的单通道窄体客机市场是短于800英里的航班，航程带来的难题可能并不像它最初看起来那样重要。"

莱特称它为燃料电池，而不是铝空气电池，以避免混淆，因为它不能像电池那样充电；相反，它需要像燃料电池那样添加燃料，同时还需要把氧化铝废料拿出来在冶炼厂回收。但这不会比处理液态氢罐难得多，液态氢罐也需要被送到外部设施进行加注。但是，虽然氢气基础设施都需要建立，但各地都有铝冶炼厂，可以将氧化铝变回纯净的金属，准备装回罐子里塞进飞机，或用于其他用途。

在物流方面，这很容易：罐子可以用标准卡车运来运去，像货物一样装上飞机。如果需要的话，金属可以以颗粒的形式被送入管道。

然而，挑战依然存在。在巡航高度上稀薄、寒冷、低氧的空气意味着以铝为燃料的飞机将需要运行压缩机和热交换器，这有可能使重量预算失控。整个铝燃料电池需要从目前的状态进一步发展，以实现有用的比能量数字，而且今天的铝空气电池通常不是为运行飞机发动机的需求设计的。为了获得更高的反应速率则需要暴露出更多的铝，可能是通过使用粉末或颗粒而不是铝板。

莱特对航空公司的运营成本进行了粗略的"第一轮"模拟，预计使用氢燃料电池可能会增加约25%的成本，而生物燃料可能会增加约32%的成本的情况下，铝系统实际上会比今天的喷气燃料运营便宜一些。

在成本优势和这些飞机在改装情况下可能比氢气飞机运行更多座位的事实之间，铝-空气反应过程带来的动力有可能为短程商业飞行提出一个令人信服的案例。但是，为了使这种系统成为一种绿色选择，航空公司将需要从绿色冶炼厂采购铝，使用清洁能源、清洁热量和碳中性冶炼阳极。请注意，这些技术正在开发中，而氢气在实现零排放方面也有自己的挑战。莱特在这一点上对氢气与铝的争论作了这样的总结：

"氢燃料电池：航程更长，有效载荷更小，操作更难，成本更高。铝燃料电池：航程更短，有效载荷更大，操作更容易，成本更低"。