中國儲能網(wǎng)訊：駕駛一架不用燃油的飛機在天空翱翔，你曾經(jīng)想象過么?
年齡加起來已經(jīng)超過100歲的兩位瑞士人貝特朗-皮卡爾和安德烈-波許博格正在這么做。
皮卡爾是神經(jīng)學醫(yī)生，也是一位航空飛行家，在此之前，他曾經(jīng)成功穿越大氣平流層，并沉潛大洋海溝，之后，他又完成了乘坐熱氣球環(huán)繞世界飛行，成為無中斷環(huán)球飛行的第一人。
駕駛熱氣球環(huán)游地球的時候，皮卡爾還燒掉了3.7噸的丙烷，如今，他的目標是在不借助任何化石燃料的情況下完成首次環(huán)球飛行，工具則是花費10年制造的一架太陽能飛機。
3月9日，“陽光動力2號”太陽能飛機從阿聯(lián)酋首都阿布扎比出發(fā)，正式開啟了人類歷史上太陽能飛機的首次環(huán)球飛行，皮卡爾和波許博格將輪流駕駛這架單座駕駛艙太陽能飛機，飛躍阿拉伯海、印度、緬甸、中國以及太平洋，在總飛行時間超過25天的時間里飛行3.5萬公里，歷時長達五個月。
在此之前，陽光動力團隊制造的飛機，已經(jīng)在2010年完全依靠太陽能飛行26小時，2012年夏天跨越了地中海，2013年夏天又橫穿美國。皮卡爾和波許博格，正是“陽光動力”項目的聯(lián)合創(chuàng)始人及總裁和首席執(zhí)行官。
貝特朗-皮卡爾和安德烈-波許博格
特殊構(gòu)架支持晝夜飛行
太陽能飛機是指將太陽能轉(zhuǎn)化為電能來提供動力飛行的飛行器，事實上，這并不是一個全新的概念，早在20世紀中期，世界上就已經(jīng)開始了太陽能飛行器的研究，上世紀70年代，隨著成本合理的太陽能電池出現(xiàn)，太陽能飛機應(yīng)運而生，不過當時只有微型機型。
“陽光動力”飛機，則比以前的太陽能飛機大了不少，翼幅長達61米，比波音寬體客機747飛機的翼展還要大。
之所以需要如此大的“翅膀”，是因為“陽光動力”的翼展上，鋪設(shè)了1.7萬片太陽能電池板，以便于飛機在白天飛行期間積聚并儲存足夠的太陽能。當電池完全充電的時候，儲存的能量可以供飛機飛行10個小時，以應(yīng)對陰天和黑夜。
以前的太陽能飛機有明顯的弱勢，那就是需要看“老天的臉色”，如果天氣不好，起飛和降落的能量就很成問題。不過，“陽光動力號”解決了上述問題，就是利用了電池板來儲存太陽能。
“這些電池板每塊僅厚135微米，相當于人類的一根頭發(fā)絲，即便如此，電池板還是很重，光是為了滿足夜間飛行所必須配備的機載鋰電池，就已重達633公斤，占整架飛機總重量的四分之一還多。”皮卡爾接受記者采訪時曾透露，而機身和機翼則采用了極輕的碳纖維材料，使得整機的重量只有2300公斤，相當于一輛小轎車的重量,不到波音747飛機的百分之一，也是同體積飛機中最輕的重量。
據(jù)記者了解，從2007年6月開始，第一架“陽光動力”飛機就正式開始動工建造，由于對面積和重量的要求苛刻，飛機也就擁有了與普通飛機極為不同的整體構(gòu)架：機翼下方設(shè)有4個發(fā)動機艙，各備一個發(fā)動機，一個配有70多個蓄電池組的聚合物鋰電池，和一個調(diào)節(jié)充放電及溫度的控制系統(tǒng)。此外，機翼上還設(shè)計了一層保溫層，用來存儲電池組散發(fā)的熱量，以保證他們能在8500米的高空、零下40攝氏度的惡劣環(huán)境下仍然可以繼續(xù)工作。
雖然可以稱得上是全球最大的太陽能飛機了，但駕駛艙依然小的可憐，只有3立方米多一點兒，與一個電話亭差不多大。因此，這架花了10多年研究設(shè)計、重金打造的太陽能飛機，只能坐一個飛行員。所以，此次環(huán)球旅行的兩位飛行員，也只能你開一站，我開一站地輪流駕機飛行。
住得小也就算了，機艙里還沒暖氣沒空調(diào)，甚至都不是封閉加壓的，因為能量有限的太陽能飛機，必須想盡一切辦法減負。因此，皮卡爾和波許博格每天要經(jīng)歷早晚和高低空的氣溫劇烈變化，而且飛得越高，空氣越稀薄，還得戴上氧氣面罩飛行。
眾籌資金和技術(shù)
這樣一架飛機造價高不高?據(jù)記者從“陽光動力”項目獲得的權(quán)威數(shù)據(jù)，項目的總預算是1.5億瑞士法郎(約合9.35億人民幣)，包含了兩架飛機(陽光動力1號和2號)的制作費用和其他間接成本，例如120人團隊的薪酬等，這還沒有包含飛機運行及合作方提供的技術(shù)建設(shè)成本。
十多年前，皮卡爾和波許博格曾邀請航空業(yè)的公司為他們設(shè)計、制造太陽能飛機，但遭到了多家企業(yè)的拒絕，認為這是不可能完成的。于是，兩人決定自己組建設(shè)計、組建團隊。
最終，他們?yōu)樵擁椖炕I集了1.7億美元的資金，還吸引了80位技術(shù)合作伙伴及超過100位顧問和供應(yīng)商，共同組成了技術(shù)支持團隊。
值得注意的是，這些給予支持的公司中，只有兩家是來自于航空飛行界，剩下的都來自化工、電力、機械、制表等行業(yè)，包括塑料和聚合物巨頭索爾維(SOLVAY)、拜耳材料科技(BAYER)、迅達、歐米茄(OMEGA)、ABB，甚至是豐田(TOYOTA)、酩悅軒尼詩和谷歌(GOOGLE)。
比如，索爾維就主要提供了制造“陽光動力”飛機所需要的高性能超輕聚合材料，該公司共計提供了超過13項超輕材料和新技術(shù)，制造了6000余個部件，包括最為重要的儲能電池和駕駛艙材料。
歐米茄除了提供財政支持及儀表技術(shù)協(xié)助(飛行員座位前的儀表就是由歐米茄設(shè)計制造的)，還研發(fā)了一套輕量著陸燈系統(tǒng)，這些燈都有堅固的護窗保護，而護窗均由制造SWATCH手表的彈性塑料制成。
ABB負責飛機的電氣系統(tǒng)，拜爾公司則提供了多種高科技材料，包括超輕的碳納米管、聚氨酯絕緣材料等，使駕駛艙內(nèi)的溫度能保持在零下20攝氏度到40攝氏度之間。
皮卡爾對記者透露，“陽光動力”太陽能飛機項目沒有一家中國合作方，但這個項目非常開放，也希望能找到中國合作伙伴。
ABB負責了飛機的電氣系統(tǒng)，拜爾公司則提供了多種高科技材料，包括超輕的碳納米管、聚氨酯絕緣材料等，使駕駛艙內(nèi)的溫度能保持在零下20攝氏度到40攝氏度之間。
不過，皮卡爾對記者透露，“陽光動力”太陽能飛機項目沒有一家中國合作方，但是對于合作方，這個項目非常開放，也希望能找到中國合作伙伴。
商業(yè)運營路漫漫
不過，這樣的一款太陽能飛機，要想投入商業(yè)運營，也并不是件容易的事。據(jù)記者了解，為了節(jié)約能量，飛機白天會攀升到8500米的高空，夜間則會在1500米的高度低空飛行，速度只有50至100千米/小時。
因此，飛機從安曼的馬斯喀特飛抵印度城市艾哈邁達巴德，1500多公里的路程就用了14個小時的時間，而同樣的時間普通商業(yè)客機已經(jīng)可以從上海飛到12000公里外的美國紐約了。
與此同時，目前太陽能發(fā)電也仍面臨儲能技術(shù)的瓶頸，由于太陽能能量分散，要實現(xiàn)更多載客飛機持續(xù)、穩(wěn)定的太陽能驅(qū)動，就要提高電池板轉(zhuǎn)化效率和儲能能力。
對于皮卡爾和波許博格來說，目前并沒有考慮如何讓項目實現(xiàn)盈利，他們想得更多的，是讓這架飛機成為一座解決能源問題的實驗室和展示平臺。比如，飛機上采用的最先進的隔熱材料，以及飛機電池外殼的抗低溫技術(shù)，現(xiàn)在就已經(jīng)用在制造高級冰箱上。
“我們所做的就是集成當下最好的技術(shù)，來看看我們到底能否擺脫化石能源的枷鎖，以及展現(xiàn)可再生能源的重要性?！逼た栐嬖V記者，“如果今天不開始，那么永遠都不會走入明天，我們希望通過太陽能飛機的環(huán)球飛行，來促進政府利用新技術(shù)取代舊的污染原料?！?
除了陽光動力項目，在國內(nèi)，南京航空航天大學航空宇航學院目前也在開展太陽能飛機的相關(guān)研究，更有專家預計，40多年后，在解決了太陽能吸收、大幅提高電池功效之后，能夠承載300名乘客的大型太陽能飛機有望投入運營。
其他替代燃油的嘗試
其實，想擺脫燃油依賴的并不只有皮卡爾和波許博格在行動，在過去幾年中，多家航空公司都在嘗試將生物燃料與常用的噴氣燃料混合用作飛機的驅(qū)動燃料，而行動的背后，是航空業(yè)所面臨的成本高企和需求疲軟，以及對碳排放越來越嚴格的控制。目前，航空業(yè)的二氧化碳排放量已占全球人為二氧化碳總排放量的2%，并且每年仍在以3%的速度增加。
本月下旬，國泰航空就將營運首班獲認證可持續(xù)生物混合燃料推動的商業(yè)航班，3月21日，由上海虹橋機場飛往香港的KA859航班，就將采用由石化航空燃料，以及完全由廢棄食用油提煉而成的生物航空燃料，以1∶1分量制成的混合燃料推動，其二氧化碳排放量約可減少25公噸。
這一航班也將是在中國首次使用生物混合燃料的國際商業(yè)航班，而全球兩大飛機制造商空客和波音，也都在與航空公司及石油石化企業(yè)合作，尋找可替代性燃油的各種試驗。已經(jīng)在進行可行性研究的，主要是液化氣燃料和生物燃料。
早在幾年前，一架空中客車飛機就以液化燃氣為燃料，成功完成了從英國菲爾頓到法國圖盧茲的歷時3個小時的試驗飛行，成為第一架用液化燃氣進行飛行的民用飛機。空客方面指出，由燃氣經(jīng)過加工轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料作為民用航空替代燃料在短期內(nèi)可能是一種比較現(xiàn)實和可行的方法。
最近兩年，空中客車公司還和維珍澳大利亞航空公司等合作伙伴共同進行了一項歷時兩年的研究，發(fā)現(xiàn)在澳大利亞廣泛存在的小桉樹(mallee)能夠滿足成為航空生物燃油可持續(xù)原料來源的一定條件，由其制成的生物燃油為商業(yè)航班提供動力具有可行性，排放水平將至少降低40%。而且小桉樹能夠在貧瘠的土地上茂盛生長，不直接與人類爭奪水和食物。
在中國，中石油、中石化都參與到研制生產(chǎn)生物航煤的工作中，其中，中石化在杭州建了一條年產(chǎn)6萬噸的生產(chǎn)線，中石油也有相應(yīng)規(guī)模的規(guī)劃，使用的原料麻風樹，來自中石油的原料基地。波音也與中國商用飛機有限責任公司合作建立了中美航空生物燃料示范項目，將“地溝油”轉(zhuǎn)化為驅(qū)動飛機的生物燃料。
不過，波音中國技術(shù)與研發(fā)副總裁伍東揚對記者坦陳，目前所使用的生物燃料，都因為成本太高無法大規(guī)模投入商業(yè)使用，需要靠不斷開發(fā)新技術(shù)來降低成本，“而且出于安全性考慮，對新的生物燃油的標準認證至少需要2年甚至更長。預計未來2年，航空生物燃料的商業(yè)模式將確定，未來10年，航空生物燃料才有可能得到商業(yè)規(guī)?；褂??！?
