前言

2024年3月27日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布了下一代氫動力飛機(jī)研究計劃，將投資5萬億日元（當(dāng)時匯率約合330億美元），采用公私合作的方式共同開發(fā)下一代氫動力飛機(jī)，目標(biāo)是在2035年實現(xiàn)商業(yè)化。該計劃是MRJ支線飛機(jī)項目失敗后日本政府再次涉足民航飛機(jī)領(lǐng)域。MRJ項目正式啟動于2008年，終止于2023年，由三菱重工獨(dú)自領(lǐng)導(dǎo)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在計劃公布的同日召開了MRJ項目的總結(jié)分析會。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省副大臣巖田和親表示，日本政府將充分吸取MRJ項目的經(jīng)驗教訓(xùn)，避免風(fēng)險集中在單一企業(yè)上，氫動力飛機(jī)項目將通過公共部門和私營部門之間的合作來分擔(dān)風(fēng)險，這種合作也會拓展到日本之外的其他國家。

2015年11月11日，日本第一款國產(chǎn)噴氣式支線客機(jī)MRJ從名古屋機(jī)場起飛。（圖源：新華社）

NEDO綠色創(chuàng)新基金支持日本新能源航空技術(shù)發(fā)展

作為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的下屬機(jī)構(gòu)，日本新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織（NEDO）于2020年啟動了為期10年、總投資2萬億日元的綠色創(chuàng)新基金。在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2024年3月公布下一代氫動力飛機(jī)計劃后，NEDO宣布將在2024到2030財年通過綠色創(chuàng)新基金對日本氫動力飛機(jī)研發(fā)提供306億日元的經(jīng)費(fèi)支持，包括使用液氫燃料的燃料電池推進(jìn)技術(shù)和飛機(jī)電氣化關(guān)鍵技術(shù)，目標(biāo)是在2050年實現(xiàn)日本航空產(chǎn)業(yè)的碳中和。在吸取了MRJ項目的教訓(xùn)之后，日本下一代氫動力飛機(jī)計劃將采用廣泛合作的研發(fā)模式。NEDO綠色創(chuàng)新基金向川崎重工、石川島播磨重工、多摩川精機(jī)等企業(yè)授予了多個研發(fā)項目，聚焦下一代商用飛機(jī)的氫電推進(jìn)系統(tǒng)、氫燃料電池核心技術(shù)、動力控制和熱管理技術(shù)研發(fā)。

NEDO綠色創(chuàng)新基金“下一代氫能飛機(jī)”研發(fā)項目

NEDO的綠色創(chuàng)新基金選擇川崎重工株式會社（KHI）作為日本下一代氫能飛機(jī)項目的主承包商，重點(diǎn)研究領(lǐng)域包括氫燃燒室、氫燃料供給系統(tǒng)、機(jī)身概念設(shè)計和液氫存儲罐等。另外，日本三菱重工株式會社和新明和工業(yè)株式會社作為分承包商負(fù)責(zé)下一代氫能飛機(jī)的復(fù)合材料研制。川崎重工旗下的赤石工廠承擔(dān)了推進(jìn)系統(tǒng)的研制工作，各務(wù)原工廠承擔(dān)儲氫罐和機(jī)身的研制工作。赤石工廠選擇KJ100渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)作為改裝對象，目前正處于演示發(fā)動機(jī)的組裝階段。KJ100是川崎重工自行研制的渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)，重68千克，長95厘米，直徑35厘米，可以產(chǎn)生40千克推力，功率為15千瓦。各務(wù)原工廠在2023年制造了一個縮比驗證儲氫罐，并進(jìn)行了液氫泵工作測試。川崎重工的發(fā)言人表示，儲氫系統(tǒng)仍存在技術(shù)上的困難，特別是在預(yù)防氫燃料泄露和隔熱方面。川崎重工計劃在2029年到2030年進(jìn)行氫能飛機(jī)的完整系統(tǒng)測試。

日本下一代氫能飛機(jī)研究計劃

石川島播磨重工株式會社（IHI）在NEDO的綠色創(chuàng)新基金中參與了多個項目的研究工作。石川島播磨領(lǐng)導(dǎo)的第一個項目將開發(fā)4兆瓦的液氫燃料電池電推進(jìn)系統(tǒng)，目標(biāo)是在2029年達(dá)到技術(shù)成熟度6級。該系統(tǒng)是目前全球已知正在開發(fā)的最大功率燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)，是空客正在開發(fā)的1.2兆瓦燃料電池系統(tǒng)的3倍以上。該系統(tǒng)旨在為40座級的飛機(jī)提供動力，巡航高度6000米，航程500海里（約926千米），巡航時間超過3小時。日本東麗化學(xué)將負(fù)責(zé)其中高性能氫燃料電池的研發(fā)工作。

兆瓦級氫燃料電池動力系統(tǒng)概念圖

石川島播磨還在NEDO的支持下開展了發(fā)動機(jī)嵌入式兆瓦級電動機(jī)的研究，該項目將持續(xù)到7年后的2031年3月。石川島播磨研制的兆瓦級電動機(jī)安裝在噴氣發(fā)動機(jī)低壓渦輪后方的流量調(diào)節(jié)尾椎內(nèi)，包括發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，可以為飛機(jī)提供動力?；谑◢u播磨已經(jīng)開發(fā)的300℃耐熱絕緣涂層高密度模制線圈技術(shù)和發(fā)動機(jī)廢熱利用技術(shù)，發(fā)電機(jī)可以利用發(fā)動機(jī)廢熱產(chǎn)生電力并為兆瓦級電動機(jī)供電，該系統(tǒng)可以隨時根據(jù)需要提供不同的輸出擴(kuò)展性。

嵌入式兆瓦級電動機(jī)原理圖和樣機(jī)

石川島播磨和日本秋田大學(xué)已經(jīng)完成了兆瓦級嵌入式電動機(jī)的地面測試實驗，混合動力系統(tǒng)的測試表現(xiàn)符合預(yù)期。石川島播磨將繼續(xù)開發(fā)混合動力電推進(jìn)系統(tǒng)，包括大功率電動機(jī)、電動渦輪壓縮機(jī)、高通量塑料磁體轉(zhuǎn)子、電動氫渦輪鼓風(fēng)機(jī)等技術(shù)，預(yù)計在2025年前后實現(xiàn)技術(shù)成熟。石川島播磨認(rèn)為，航空發(fā)動機(jī)嵌入式電動機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高飛機(jī)的燃料利用效率，降低二氧化碳排放。

日本長期依賴其他國家的能源進(jìn)口，因此對能源供給結(jié)構(gòu)和安全極其重視。NEDO在綠色創(chuàng)新基金中撥款1150億日元開展CO2和H2生產(chǎn)可再生燃料的技術(shù)開發(fā)，包括合成燃料（Synthetic fuels）、可持續(xù)航空燃料（SAF）、合成甲烷（Synthetic methane）、液化石油氣（LPG）四種類型。NEDO計劃采用ATJ技術(shù)，以乙醇為原料生產(chǎn)可持續(xù)航空燃料，預(yù)期的液體燃料生產(chǎn)率在50%以上，生產(chǎn)成本低于200日元/升，年產(chǎn)量超過1億升，目標(biāo)在2030年實現(xiàn)日本可持續(xù)航空燃料的規(guī)?；瘧?yīng)用。

NEDO關(guān)于可再生燃料的四種研究方向

2024年4月23日，波音公司宣布在日本名古屋開設(shè)技術(shù)研究中心，將專注于商用航空的脫碳技術(shù)研究，推動2050年凈零碳目標(biāo)的實現(xiàn)。名古屋技術(shù)研究中心是波音的第十二個全球研究中心，其重點(diǎn)研究領(lǐng)域如下：

• 基于模型的工程和制造技術(shù)集成研究：將最新的數(shù)字仿真工具集成到飛機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)的各個方面。

• 復(fù)合材料研究：提高輕質(zhì)復(fù)合材料的生產(chǎn)效率，減少對環(huán)境的影響，并尋找回收復(fù)合材料的新方法。

• 可持續(xù)航空燃料研究：配合波音的全球可持續(xù)航空燃料發(fā)展戰(zhàn)略，支持日本建立國內(nèi)可持續(xù)航空燃料產(chǎn)業(yè)體系。

• 氫能技術(shù)集成研究：探索將氫燃料電池系統(tǒng)集成到飛機(jī)上的技術(shù)可行性。

波音日本公司的供應(yīng)鏈和供應(yīng)商質(zhì)量團(tuán)隊已經(jīng)進(jìn)駐名古屋技術(shù)研究中心，將配合航空脫碳團(tuán)隊開展相關(guān)研究。同時，名古屋技術(shù)研究中心還設(shè)立了一個機(jī)器人實驗室，將致力于提高飛機(jī)生產(chǎn)過程中的自動化水平、安全性和生產(chǎn)效率。

波音設(shè)立名古屋技術(shù)研究中心體現(xiàn)了日本政府在民航飛機(jī)領(lǐng)域加強(qiáng)國際合作的決心，近兩年日本已經(jīng)與外國航空企業(yè)在氫能技術(shù)方面開展了多種合作。2023年，美國環(huán)球氫能（Universal Hydrogen）公司與日本航空工程公司（JAL Engineering）簽訂了一份合作備忘錄，計劃用環(huán)球氫能的氫燃料電池技術(shù)改裝JAL的現(xiàn)役飛機(jī)。

在MRJ支線飛機(jī)項目失敗之后，外界曾一度認(rèn)為日本政府已經(jīng)放棄參與民航飛機(jī)產(chǎn)業(yè)，但在僅僅一年之后，日本政府就以轉(zhuǎn)向氫能源的方式卷土重來。有分析人士指出，MRJ項目的失敗表明日本在傳統(tǒng)航空領(lǐng)域追趕難度巨大，因此才會采用“換道超車”的方式，全力投入到各國尚處于同一起跑線的新能源航空領(lǐng)域。

我國在民機(jī)產(chǎn)業(yè)某些方面的實力要強(qiáng)于日本，但與歐美航空強(qiáng)國之間仍存在差距，新能源航空產(chǎn)業(yè)對我國來說同樣是重要的“換道超車”機(jī)遇?，F(xiàn)如今，美、英、法等傳統(tǒng)航空強(qiáng)國布局新能源航空已久，空客、ZeroAvia等頭部企業(yè)發(fā)展迅速，日、韓、巴西等后發(fā)國家也相繼入場。我國在新能源航空領(lǐng)域雖然已取得一定成果，但在未來仍需要不斷加大投入，并探索出一條符合我國國情的發(fā)展道路。

作者 | 中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 紀(jì)宇晗