货运发作的碳排放占全球人为碳排放的 23%，其间惯例货船运送的碳排放占 3%，那么怎么进一步削减货运碳排，科学家将目光投向了飞艇。
比较百年前的初始版别，现在的货运飞艇更安全，更节能，能够大大削减运送中的碳排放。坐落奥地利的世界运用体系分析研讨所（IIASA）世界团队提出一个新的计划，即将氢气运送和以氢气为提高气体结合起来。
（来历：iStock）
这个研讨团队由来自奥地利、巴西、德国和马来西亚的研讨人员组成，其研讨宣布在 9 月份《动力转化与办理》（Energy Conversion and Management）上。
近乎零排放的货运
飞艇飞翔有其特殊性。它是依托环绕地球表面 10 千米到 20 千米高的高速气流带而飞翔，这种喷流是在中纬度西风方向，速度可达 165 公里每小时，所以这也约束了其飞翔只能单向进行。假设飞艇从美国起飞，穿过大西洋和欧洲抵达亚洲，然后持续向西穿过太平洋回来美国。
图 | 北半球有一条急速移动的西风气流带（Jet Stream），飞艇在风带中飞翔只需风动力即可。（来历：NASA）
飞艇飞翔不适合近距离。比如从纽约到伦敦这类近距离，是没办法直接回来的。还有一个值得注意的是，惯例飞机的高度是 12 千米左右，这就需求新的航空法规来躲避其发作磕碰事端的危险。一起，飞艇的制作也要考虑能抵挡暴风雨以及不同风向形成的剪力。
该研讨的领衔者 Julian Hunt 说，依托这种喷流，飞艇在北半球环游世界需求 16 天，南半球环游世界需求 14 天，而货船则需求 60 天，前者的碳排放也只要货船的4%。
飞艇上升能够无需耗能，但下降时因需对气体增压，就要耗能。不过，假如能将上升开释的能量运用起来，那么理论上飞艇是无需耗能的。别的，飞艇上假如装有太阳能电池板就能够补偿能量来历。
在 20 世纪上半叶飞机运送没有老练的时代，飞艇货运和客运曾一度呈现。仅仅跟着飞艇氢气爆破，人们对飞艇安全性有很大忧虑。1937 年发作过 Hindenburg 惨案，氢气飞艇爆破形成 36 人惨死。此外，与飞机比较，飞艇太慢，彼时也缺少气候预报，而跟着廉价石油挖掘，依托飞机进行长途运送更为便利、方便和安全。飞艇敏捷从运送范畴消失了。
现在考虑完成《巴黎协议》中设定的 1.5 摄氏度的升温方针以及海上运送的预期增加，飞艇从头回到人们视界。
举世飞艇竞赛是一个好的切入点。人们大都运用 Roziere 气球，它经过充装氦气来发作浮力，并以丙烷焚烧来调整温度以改动飞翔高度。
图 | 俄罗斯人Fedor Konyukhov举世气球的结构示意图。（来历：konyukhov.ru）
图 | 俄罗斯人Fedor Konyukhov的举世飞翔轨道。（来历：konyukhov.ru）
2016 年， 俄罗斯人 Fedor Konyukhov 在南半球创下了 11 天举世飞翔的记载。他所用的气球为聚酯薄膜外壳，高 55 米，宽 18 米，顶部为一个 623 立方米巨细的密封氦气球，第二层外壳密封了一个 15576 立方米巨细的氦气球。两层外壳可最大程度削减热丢失，并运用太阳能。气球还悬挂了 34 个丙烷和乙烷燃料罐来供能，飞翔员经过上升或下降来调整风向。气球装备了自动驾驶体系，其实是计算机操控焚烧器来坚持稳定高度。
氢气更好？
与氦气比较，氢气更轻，本钱低，且也能作为燃料来用，而且是清洁动力，不会发作污染，仅仅氢气液化需求消化不少能量。在零下 253 摄氏度，液化氢气就要耗费掉其 30% 的内涵能量，加上运送耗费约 3% 的能量，这就阻止了氢动力的推行远景。
那么，假如用飞艇填装氢气，既能够不必液化，也能够来运送氢气，这些氢气还能够用来抬升飞艇，一举多得。那么一种混合式的货运方法就能够完成：飞艇到达目的地后，卸下货品，并卸下运载氢气的 60% 或 80%，剩余的 40% 或 20% 氢气供空舱返程用。
这个过程中的耗能首要是给氢气加压以让飞艇高度下降或着陆。这占氢气总能量的 12%，这个能量还能够用飞艇所带着的太阳能电池板来补偿。归纳预算，飞艇运送氢气比液化氢邮轮的能耗低 3 倍，而且还能够更快运送。
Julian Hunt 以为，假如采用是一种蜂巢状的单层碳原子资料的石墨烯则会更安全，更经用，也更轻，其危险峻低得多。此外，飞艇能够避开人口稠密区域，假如飞艇有突发事端，能够在平流层爆破，其运载货品能够用降落伞卸载。
研讨人员想象了一种飞艇货运场景：飞艇满载，归航空载；目的地的动力本钱很高，那么氢气能够出售给目的地，回程只需求带着有必要的氢气即可。
此外，平流层平均气温在零下 60 摄氏度，这关于需求低温运送的货品是功德，这也意味着将氢气冷却至零下 253°C 所需的能量更少。
依照世界运用体系分析研讨所研讨人员的想象，飞艇能够用来人工降雨，也能够作为太空发射基地，由于平流层中空气摩擦阻力大减，那么发射功率会更高。
不过 Julian Hunt 以为，现在的飞艇货运本钱依然很高，比现已很老练的货船本钱高出数十倍之多，这就需求货运业投入巨资来开发该技能。这儿本钱的首要应战在于，需求下降给氢气加压以图让飞艇下降高度直到着陆的本钱。还有一种挑选是焚烧氢气，既能发作水来加大飞艇自重，还能发作能量。
当然，飞艇的危险还在于要预备应对暴风雨的危害和劲风气候形成停飞的危险，那么至少需求准确的气候预报体系。
图 | Lockheed Martin公司的混合动力飞艇。（来历：Lockheed Martin）
投资者体现较为保存。法国飞鲸控股公司（Flying Whales）开发的现代飞艇则用氦气替代了氢气，他们期望在 2023 年完成偏远区域的货运。此外，Lockheed Martin 公司为直线航空公司 Straightline Aviation (SLA)开发了混合气体飞艇。这种混合气体比空气重，经过外部供能驱动飞艇的上升和飞翔，有报导说，该飞艇将于 2021 年升空。
据美国 NBC 报导，坐落加拿大的浮力飞机体系世界公司总裁 Barry Prentice 更看好氢气飞艇，他说，技能妨碍都能够战胜，但监管是个难题。可是终究投资者、监管安排和大众都会拥抱氢气飞艇，由于后者会更大，运载更多，飞得也更高。
此外，氢气的易燃性也能够下降，能够考虑增加一种化学增加剂来完成。
专访 Julian Hunt：氢气飞艇货运还需求验证
图 | Julian Hunt是世界运用体系分析研讨所的博士后研讨学者，他与巴西高等教育基金会（Capes）协作进行动力和水的项目。他结业于诺丁汉大学化学工程专业，并获得了牛津大学工程科学博士学位。（来历：世界运用体系分析研讨所）
DeepTech：你是否考虑过压服世界安排安排飞艇货运的前期测验？
Julian Hunt：我现已考虑过了，可是还没有安排好，有或许没有时刻安排。
DeepTech：怎么进行货运飞艇的验证测验？你对验证测验有什么主张？
Julian Hunt：飞艇的制作和飞翔都需求验证测验。我以为，与加压氢气或氦气比较，对飞艇周围的空气进行加压来操控高度更可行。一起，对空气加压能够用焚烧氢气来供给能量，氢气焚烧生成的水也能够用来给飞艇加剧以操控飞艇下降。
DeepTech：你是否与飞艇工业界有过沟通，他们对你的研讨是什么观点？
Julian Hunt：我下周即将见一位比利时专家。
DeepTech：你的文章说到，用石墨烯资料可防止氢气爆破，那么做过验证了吗？工业化完成的或许性怎么呢？
Julian Hunt：我没有在这方面做任何研讨，仅仅在论文中依据石墨烯的物理特性而提出的。
DeepTech：论文说到将货品从美国丹佛运送到巴基斯坦的伊斯兰堡的本钱（货品本钱为 500 美元每吨，氢能本钱为 40 美元每兆瓦时），这个比其他货运方法的本钱怎么？
Julian Hunt：现在飞艇的运送本钱要高出许多。但跟着工业化的完成，飞艇能耗将削减一半。
DeepTech：咱们想知道飞艇怎么抵挡暴风雨和劲风气候的危险？
Julian Hunt：飞艇能够爬升到 15 千米高度，这儿没有暴风雨。问题在于下降过程中，飞艇港口应该建立在低风区，飞艇也能够建形成半刚性结构，这样便于入港着陆时放气。
DeepTech：飞艇的费事在于其飞翔不可控因素大，这给监督和安全形成了必定困难。是这样吗？
Julian Hunt：是的。需求一个十分有用的体系来操控飞艇内部压力，那么加压空气或许是一个好办法。
DeepTech：这个货运飞艇是否为无人驾驶？
Julian Hunt：是的。假如再次发作氢气飞艇爆破致死事情，（商业化）飞艇上天恐怕要耽误另一个 100 年了。
-End-
参考文献：
https://spectrum.ieee.org/energywise/aerospace/aviation/could-airships-rise-again
https:///mach/science/zeppelins-stopped-flying-after-hindenburg-disaster-now-scientists-want-bring-ncna1043911
https:///science/article/pii/S2590174519300145
https://konyukhov.ru/en/project/expedition/around-the-world-on-roziere-balloon/
