为重返天空的飞艇辩护 -- ScienceDaily

来源: ScienceDaily

一项由IIASA领导的研究提出,重新引入飞艇到全球交通组合中,可以有助于降低交通运输部门的碳排放,并在建立可持续的氢经济中发挥作用。飞艇可以利用急流作为能源介质,减少二氧化碳排放和燃料消耗,并提供一种无需液化即可运输氢的替代方案。

重新引入飞艇到全球交通组合中,可以有助于降低交通运输部门的碳排放,并在建立可持续的氢经济中发挥作用。根据一项由IIASA领导的研究的作者,这些轻于空气的飞行器最终可以增加一个100%可持续世界的可能性。

飞艇在20世纪上半叶被引入,比常规飞机用于长途货物和乘客运输更早。然而,由于多种原因,包括氢气爆炸的风险,他们的使用在货物和乘客运输中很快就被中断了。自那时以来,材料科学的显著进步,我们预测天气的能力,以及减少能源消耗和二氧化碳排放的迫切需求,一直在稳步地将飞艇带回政治、商业和科学对话中,作为一种可能的交通替代方案。

交通运输部门负责全球人为二氧化碳排放的约25%。在这些排放中,3%来自货船,但预计到2050年,这一数字将增加50%至250%。这些预测需要找到新的方法来运输货物,减少能源需求和二氧化碳排放。在Springer期刊《能源转换与管理》上发表的研究中,来自IIASA、巴西、德国和马来西亚的研究人员研究了如何利用急流作为能源介质来发展基于飞艇的行业,以在全球范围内运输货物。

急流是从西向东流动的强风核心,大约在地球表面以上8至12公里。根据研究人员的说法,在急流中飞行的飞艇可以减少二氧化碳排放和燃料消耗,因为急流本身将提供大部分能量,使飞艇在目的地之间移动,导致在北半球需要16天,在南半球需要14天。这比目前的海上运输路线,特别是在南半球,需要的时间要少得多。

研究人员推测,将飞艇重新引入运输部门也可以为氢的运输提供一种替代方案。

氢是一个良好的能源载体和有价值的能源存储替代方案。鉴于可再生电力,例如,过剩的风能,可以转化为氢,人们对氢经济将成为一个清洁和可持续未来的基本部分持乐观态度。实现基于氢的经济的一个挑战是将氢冷却到-253°C以下以液化它。这个过程消耗了几乎30%的固有能量,还需要大约3%的能量来运输液化氢。

然而,在他们的研究中,作者提出,与其在液化过程中使用能量,氢可以在气态形式下被装入飞艇或气球内,并通过急流运输,燃料需求较低。一旦飞艇或气球到达目的地,货物可以被卸载,移除用于提升的氢的约60%或80%,留下40%或20%的氢在飞艇或气球内,为无货物的返程提供足够的浮力。为了解决飞艇中氢燃烧的风险,作者建议自动化氢飞艇的操作、装载和卸载,并设计避开城市的飞行路径,以减少事故发生时的死亡风险。

根据研究的主要作者Julian Hunt,IIASA的博士后研究员,这项研究揭示的另一个有趣的可能性是,飞艇和气球也可以用来提高氢液化的效率。由于平流层的温度(飞艇将飞行以利用急流的地方)在-50°C到-80°C之间变化,这意味着如果过程在飞艇上进行,达到-253°C的标记所需的能量将更少。所需的额外冷却能量可以使用飞艇中的氢来生成。

Hunt说,这个过程还提供了许多额外的可能性:从氢生成能量的过程产生水——一吨氢产生九吨水。这些水可以用来增加飞艇的重量,并在其下降轨迹中进一步节省能量。水生产的另一个可能应用是人工降雨,这涉及到在进入对流层之前在平流层释放产生的水,在那里它会再次融化。这降低了温度并增加了对流层的相对湿度,直到它饱和并开始下雨。雨将反过来启动对流雨模式,从而向系统中注入更多的湿度和雨。

这个过程可以用来缓解遭受短缺的地区的水压力。

“飞艇在过去被使用,并为社会提供了伟大的服务。由于当前的需求,飞艇应该被重新考虑并返回天空。我们的论文提出了支持这一点的结果和论据。飞艇行业的发展将降低快速交付货物运输的成本,特别是在远离海岸的地区。无需液化即可运输氢的可能性将降低可持续和基于氢的经济的开发成本,最终增加一个100%可再生世界的可能性,”Hunt总结道。

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