全球氢能飞机发展动态及对我国的战略启示

韦东远

步入21世纪，全球日益频发的极端气候事件严重威胁到人类的生存和健康，这与支撑工业化社会快速发展“用能”所产生的碳（CO2）排放紧密相关。其中，交通运输业作为仅次于能源电力行业的第二大碳排放源，是破解应对气候变化这一紧迫性问题的关键。当前，全球交通运输业低碳化、清洁化、电气化发展趋势越发显著。继全球电动飞机①快速发展之后，氢能飞机②已被视为“零二氧化碳排放”航空器的典型代表、能源消费的“终极形式”。各国政府对此高度重视，纷纷部署战略规划、制定扶持政策，积极推动参与多领域减排脱碳技术创新实践，进而为推动氢能飞机创新发展与产业重塑创造优良发展条件。

一、我国氢能飞机创新发展处于起步阶段，未来机遇与挑战并存

当前，我国氢能飞机的发展，与电动飞机发展相比，尚处于研发起步阶段。虽然国内从事氢能飞机研制的企业与科研院所，在氢能飞机试验机、概念机等方面已取得一些可喜进展，但整体上氢能飞机的基础研究、技术创新等方面根基相对较弱。同时，以氢能汽车为代表的氢能示范应用逐步兴起，也将为氢能飞机的拓展应用提供前期验证性技术储备。

（一）国家部署新能源航空器研发，为氢能飞机发展开辟道路

我国作为全球制氢大国，氢在合成氨等工业领域的应用相当广泛，但氢能在交通领域的示范应用，始于《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，并在《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”交通领域科技创新专项规划》《国家重点研发计划》等文件中，规划了氢能与燃料电池研发等相关发展重点。此外，国家能源局印发的《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》（2020年），将“氢能”纳入能源范畴；国家发展改革委、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，中国民用航空局、国家发展改革委、交通运输部印发的《“十四五”民用航空发展规划》、中国民用航空局印发的《智慧民航建设路线图》（2022年）等系列文件，系统部署“稳步推进氢能多元化示范应用，推进电驱动、氢燃料等新能源飞行器研发，以及加强电动力推进系统、氢燃料电池等适航验证方法的基础性研究”等诸多方面研发重点，为未来氢能飞机发展提供方向性指导及政策保障，这势必为其未来发展注入新动力。

（二）有关企业与科研院所积极投入氢能飞机研发，力争把握产业发展主导权

与发达国家相比，我国投身氢能飞机研发的企业、科研机构相对较少，但以中国商飞、国家电投集团氢能科技、沈阳锐翔等为代表的企业，以及中国航空研究院、中科院大连化物所、辽宁通用研究院等科研机构，积极参与氢能飞机研发并不断取得突破性进展。其中，2017年，辽宁通用研究院与中国科学院大连化学物理研究所联合研制有人驾驶氢燃料动力锂电池试验机，在沈阳试飞成功；2019年，中国商飞联合国家电投集团氢能科技公司等单位，共同研制“灵雀H”氢燃料电混合动力验证机，成功实现试验飞行；2021年，中國商飞北研中心联合国家电投氢能公司共同研制“智能新能源飞机ET480全尺寸验证机”，完成总装下线。上述氢能飞机的研制与试验飞行，使得我国氢能飞机研制有望跻身全球领先国家行列，成为继美国、欧盟等发达国家和地区之后拥有该项技术的国家，具备了未来提升氢能飞机产业竞争力以及抢占市场的良好基础。

（三）氢能飞机尚处于起步阶段，未来机遇与挑战并存

当前，我国氢能飞机发展整体上滞后于发达国家，但是同电动飞机一样，相对差距远比传统飞机“小”得多，未来的发展可汲取我国新能源汽车发展经验，推动氢能飞机“换道超车、奋起直追”；同时，碳达峰碳中和这项综合战略的实施，对交通运输业碳减排提出明确目标，为氢能飞机提供发展机遇，为未来参与全球化科技产业竞争创造条件。

据有关知名研究机构称，发达国家氢能飞机处于概念探讨和初步实证的科研攻关阶段，尚无可用于大规模商用的完整详细解决方案，但是业界人士对未来5—10年内氢能飞机科技产业创新关键与难点已经基本形成共识。比如，氢能飞机创新关注氢动力推进系统、关键组件的研发，基础设施障碍的解决以及监管架构的建立；核心关键技术集中于储氢罐、液氢燃油系统、气氢直燃烧涡轮、氢燃料电池等方面的突破；产业推进聚焦于氢能大规模商业化应用、基础研究能力与标准化建设，以及整机系统和关键组件的可靠性、稳定性与耐候性等方面的提升。上述诸多制约因素与突破点，同样将对我国氢能飞机创新发展形成严峻挑战，未来创新发展道路将更加艰巨。

二、美欧日等典型国家和地区确立氢能飞机发展战略，指引航空运输业实现战略转型

近年来，美国、欧盟、日本等多数发达国家和地区作为全球航空运输业先进水平的代表，极为关注氢能飞机的研发，将其视为“降低碳排放、保障能源安全和实现经济增长”的动力，相继加快氢能飞机发展的战略部署，不断推动全球航空运输业绿色低碳转型。

（一）美国多层面部署并推进氢能飞机发展，以保持其全球竞争领先地位

美国氢能飞机发展最早始于20世纪50年代，当时为提高军用飞机性能B-57战机搭载氢能燃料，开展对氢能应用潜力的评估。20世纪70年代、90年代两次全球性能源危机，以及应对气候变化紧迫需求，推动了氢能示范应用及氢能飞机发展。比如，美国能源部（DOE）2002年发布《国家氢能路线图》并于2004年启动“氢能行动计划”，提出并确立氢能发展战略规划，推动氢能面向能源、交通等各领域示范应用。在此基础上，美国能源部综合考虑以往制定的氢能计划和相关文件，2020年发布《氢能计划发展规划》，提出未来十年及更长时期氢能研究、开发和示范总体战略框架，明确氢能发展的核心技术领域、需求挑战及研发重点，确立氢能主要技术经济目标。其中涵盖由美国国家实验室主导的氢能和燃料电池关键技术研究，以促进航空氢能动力研发与示范应用。此外，2021年，美国能源部还发布《氢能攻关计划》，部署31个氢能项目（涵盖氢能飞机），旨在推进下一代清洁氢能技术发展，降低氢能成本并加速其技术突破。2022年又增设6个氢能新项目，推进氢燃料燃气轮机机组的优化及其组件的研发。

可见，美国始终将氢能及氢能飞机发展视为战略重点，通过持续创新技术研发和打造集中化的示范应用，抢占氢能飞机发展主导权，以确保其科技产业核心竞争力，维护其全球领先地位。

（二）欧盟实施绿色航空发展战略，加快推进氢能飞机技术研发

欧盟作为全球探索氢能应用的先行区域，长期以来积极推动氢能科技和产业快速发展，将氢能视为实现深度脱碳、加快清洁能源转型、应对气候变化的重要载体，以此不断推动经济快速增长。比较典型的案例包括：欧盟较早发布《欧洲航空业：2020愿景（Vision）》（2001年）、《氢发展构想报告和行动计划》（2003年），确立并推动了氢能在交通领域的规模化应用；同时，其已发布的《航迹2050（Flight Path 2050）》（2011年），进一步明确了氢能飞机的发展战略。

近年来，欧盟电池和氢能联合组织发布的《欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续发展路径》报告（2019年），以及“地平线2020”科研与创新框架资助下完成的《2050年前氢动力航空的技术、经济和气候影响：一项基于事实的研究》[简称《氢动力航空》（2020年）]报告，评估了大规模氢能应用与促进航空脱碳潜力。此后，欧盟相继出台《欧洲氢能战略》《能源系统集成战略》《航空绿色协议：欧洲可持续航空愿景》，指明了未来30年清洁能源、航空燃料特别是氢能发展的方向，扩大氢能在难以去碳化领域（如工业、交通、能源生产等）的大规模应用，进而力促实现2050年“气候中性”目标。

（三）日本以陆路交通领域氢能商业应用为先导，逐步向航空领域应用拓展

21世纪初，日本经济产业省启动《地球能源降温创新计划》（2008年），确立2050年实现减排目标，制定氢能发展方案，以此力争解决能源安全问题、增进环境保护。同时，日本资源能源厅发布《氢能与燃料电池战略路线图》（2014年），大力开发氢能，推进氢能及燃料电池汽车的商业化应用，为氢能迈向航空领域奠定技术储备。2017年，经济产业省制定《氢能源基本战略》，提出“领先全球、实现氢能社会”战略，部署氢能发展政策，其后发布《绿色增长战略》（2020年版及2022年更新版），明确提出航空业“电气化、绿色化”发展目标，部署电动飞机、氢动力飞机以及航空业电气化商业化发展计划，力争到2050年二氧化碳排放较2005年减少50%，以此大力推动航空运输业碳中和愿景实现。

（四）知名航空制造商对氢能飞机研发路径选择持不同观点

以空客、波音等为代表的航空飞机制造商，21世纪初期均开始在试验机上测试燃料电池系统，并提出支持可持续航空燃料和绿色制氢能力开发，推动航空业可持续发展。此后，由于对氢能飞机发展理念与认知不同，空客、波音等各自选择了不同发展路径，因而对氢能飞机发展产生影响。

一是空客看好氢能飞机发展路径。21世纪以来，空客公司以A320试验机测试燃料电池系统之后，开展氢动力相关试验设备研究，以及基于氢动力概念飞机研制，2017年发布《零排放（ZEROe）商用客机技术路线图（2020-2025年）》，参与氢动力“绿色飞机计划”研发；2020年制定《氢能源电动飞机路线图》，大力发展新型氢动力客机，2025年实现氢能源验证机首飞、2035年实现氢能源飞机商业适用，力争推广到空客全系产品以及延伸拓展到大型客机。

二是波音等其他制造商对氢能飞机的路径选择有所不同。业界普遍认为，氢能取代传统燃油是大势所趋，但其基础设施和监管框架等诸多方面亟待完善，战略转型尚需时间验证。为此，波音决定在2050年前选择油电混合技术路径，2050年后选择氢能完全替代传统燃料。另外，罗尔斯·罗伊斯发布了《净零碳排放路线图》（2022年），推动2030年温室气体实现净零排放；同时，开发氢能电力推进系统，为城市空中交通（UAM）和区域空中交通（RAM）平台提供能源动力。赛峰集团发布《飞机推进系统技术路线图》（2017年），推动航空动力由混合电推进、分布式电推进向完全电推进迈进。可见，氢能飞机的创新发展，迫切需要深度探索以及选择有效合理技术路径，从而为全球氢能飞机的快速发展提供借鉴。

三、全球氢能飞机发展对我国战略的启示

当前，世界百年未有之大变局加速演进，全球科技创新进入密集活跃期，新一轮科技革命和产业变革对全球经济结构产生深刻影响。特别是在“碳達峰碳中和”目标背景下，氢能飞机被视为航空运输业的“脱碳先锋”，相关科技产业创新的迅速演进已成为化解碳排放问题的核心与关键。为此，借鉴发达国家氢能飞机发展经验，针对未来我国氢能飞机的创新发展，考量宏观部署、科技产业全面创新、营造创新生态以及强化开放合作等方面因素，形成如下启示。

（一）着力强化氢能飞机发展的宏观部署，做好长远战略布局

在当今形势下，航空运输业绿色低碳转型发展已势在必行。面对氢能飞机即将颠覆传统航空动力推动方式的重大契机，科技产业部门应充分考虑航空器绿色低碳发展趋势，针对未来氢能飞机创新发展，贯彻落实国家重大战略部署，择机制定综合性、领域性战略规划、创新行动计划或方案，编制产业技术创新路线图，形成近期乃至中长期的战略性指引。比如，深入落实《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，丰富细化氢能航空器创新发展内容，加快氢能及关联产业创新进程；研究制定《氢能飞机产业发展专项计划》（或制定《行动方案》），编制《氢能飞机产业技术路线图（2023-2025年）》，助推产业稳步发展；考虑在《国家重点研发计划》“可再生能源与氢能技术”重点专项中，增设兆瓦级燃料电池等研发内容，加强氢能飞机电推力系统技术攻关，为推动氢能飞机产业化、加快航空运输业战略转型提供关键性技术保障。

（二）以科技创新为核心，着力提升氢能飞机产业创新实力与能力

基于我国氢能产业发展基础，坚持需求导向、问题导向及目标导向相结合，借鉴氢能汽车发展经验，以国家创新驱动发展战略为指引，强化基础研究，努力取得重大原创性成果；完善“政产学研用金介”深度融合的科技创新体系，建立与其发展相适应的核心关键技术攻关机制，形成以科技创新为核心，涵盖基础研究、技术创新及产业化示范应用的“全链条、一体化、全面创新”新格局；依托国家能源实验室，打造资源高效配置、功能完备、能力强大的氢能科技创新体系，形成以氢能飞机科技创新为主线、支撑氢能源全面创新、促进高质量发展的体系化创新能力，推动氢能飞机产业稳健发展，助力航空运输业绿色低碳战略转型。

（三）着力营造氢能飞机协同发展创新生态，助推科技产业稳健发展

氢能飞机的创新发展，要以统筹协调创新资源、构建良好创新生态系统、深化产业治理为保障。应进一步完善创新资源投入机制，加大国家财政基础研究支持力度，鼓励企业增加基础研究投入，以此提供创新发展财力保障；支持领军型企业整合科研院所、高等院校等创新资源，建立新型创新联合体，实施集智攻关；健全人力资源保障机制，有效发挥科技领军人物、顶尖人才等高端人才的积极性、创造性，努力打破关键核心技术制约，开创创新发展新局面，为产业蓬勃发展提供源动力。

（四）着力强化氢能飞机产业开放合作，谋求氢能飞机创新发展新机遇

氢能飞机科技开放合作，需要业界积极倡导信任、开放、合作的科学理念，秉持“互惠互利、共同发展、多方共赢”的原则，结合未来氢能飞机发展需求，将科技创新、产业培育与开放合作深度融合；准确把握未来开放合作新趋势，将开放合作融入区域创新网络、全球创新网络，瞄准主要创新大国和关键小国，以全球视野配置创新资源，有效推动创新资源精准对接；以高水平有效行动，建立多元化开放合作渠道，探索开放合作新模式，全力推动全方位、多领域、深层次开放合作，共同探索解决关键性问题的途径与方法，为氢能飞机创新发展提供系统性、高质量的解决方案，进而有效回应全球各国对此的共同关切，惠及更多国家和人民。

（作者系中国科学技术发展战略研究院科技发展智能决策研究所研究员）

① 电动飞机（Electric Aircraft）是指依靠电动机而不是内燃机驱动的飞机，其电力来源主要包括燃料电池、太阳能电池、超级电容器、无线能量传输或其他种类的电池等。除纯电动飞机外，还包括混合动力飞机及氢能飞机，每种类型飞机又分为有人驾驶和无人驾驶。

② 氢能飞机（Hydrogen Aircraft）隶属于电动飞机范畴，是以氢涡轮燃气轮机及氢燃料电池为推动力的航空飞行器。