氢正在成为最可行的无碳能源之一，可替代化石衍生的喷气燃料，并实现到2050年实现净零排放的目标。但是，制造可用于飞机的氢的生产生命周期会产生巨大的影响。温室气体排放。
为了研究这个问题，诺伊大学厄巴纳-香槟分校的航空航天工程师菲尔·安塞尔(PhilAnsell)利用芝加哥奥黑尔国际机场的电解氢燃料需求和当今的电网组合进行了一项案例研究。
这项名为“航空业可持续绿色氢使用的电网要求”的研究在AIAA航空2023论坛上发表，并由航空航天研究中心出版。
安塞尔的研究结果表明，今天使用它所带来的全球变暖潜力大约是直接使用化石喷气燃料的两倍半。然而，因为他相信电解氢仍然是奥黑尔和航空业的最佳选择，所以他用切实的解决方案解决了这个问题。
安塞尔说：“几十年来，我们已经知道氢在技术上是可行的，并且在经济上更具可扩展性，有助于航空业的可持续发展。”“这项研究表明，我们需要对设施和基础设施进行正确的投资才能实现这一目标，因为今天的电网将无法接受。这是对航空界的一次深入检查。”
安塞尔表示，尽管航空生态系统希望只关注飞机直接引入大气的排放量，但这种方法忽略了行业设定的实际可持续发展目标。氢气非常有吸引力，因为它在飞机上使用时仅产生水蒸气排放。但这种观点并不包括整个燃料生命周期的所有能源需求。
他研究了三种不同的资源来预测美国电网的未来组成。一份来自能源信息管理局，另外两份预测来自国家可再生能源实验室。他从中了解到美国如何在2035年之前切实实现完全可再生电网的多项计划。
作为研究的一部分，安塞尔假设采用NREL零排放电网之一，该电网高度集中太阳能、风能和其他可再生能源。他计算了发电所需的土地面积，然后通过水电解过程、氢液化过程用于生产氢气，甚至将其运送到机场。
“我们需要了解的是总体环境影响、经济影响以及其他潜在的社会影响，例如用水和我们可能预计航空所需燃料能源数量的土地冲突。”
安塞尔没有透露芝加哥的具体位置，但估算了生产可再生电能和航空用氢气所需的实际土地面积。这些可能是太阳能电池阵列或风力涡轮机的组合。他还调查了过时能源生产设施的重新利用。
“我试图以积极的方式纳入间接的土地利用变化，”安塞尔说。“如果我们目前有分配用于基础设施的土地，那么利用该地区来实现新的相关目的就是一场胜利。”
安塞尔选择奥黑尔进行案例研究的原因之一是因为它靠近密歇根湖，这是一个大淡水湖，使其成为考虑氢的理想地点。
“世界上许多其他地区没有现成的淡水供应，但已经有大型海水淡化作业，为人们提供新鲜的饮用水。这个过程也非常耗能。无需先将水淡化以供O使用。“野兔，意味着可以避免另一个使用能量的步骤。”
安塞尔的生命周期模型确实分解了处理氢气所需的能量，但也检查了各种运输场景。在大型水源附近液化氢气并通过管道输送还是使用重型卡车将其运输到奥黑尔是否更有效?还是在机场现场液化比较好?他说，这些都是在能源网络大局中发挥作用的细节。
“目前人们对未来氢经济的黄金标准之一是生产我们所说的绿色氢，它是通过水电解产生的。我们将水分解成氢和氧，然后将氢用于能源应用。但我们需要使用能量来完成这个分解过程。我们可以通过电力来实现。然而，绿色氢是专门由风能、太阳能和水力发电等可再生能源产生的电力生产的。因此，现代电网的使用其特点是继续使用煤炭和天然气，不符合此分类。
“由于我们当前的电网不完全可再生，如果今天将电网来源的电解氢用于航空，我们会看到对环境的负面影响。但这不应阻止我们实现氢对未来航空可持续发展的重大承诺。相反，这项努力主要表明需要解决航空生态系统以外的部门如何影响航空运输可持续性进展的问题。”
安塞尔表示，如果仅在整个电网中逐步增加可再生能源，电解氢将不是一种环境可持续的解决方案。但他表示，到2035年在美国发展完全可再生电网在技术和社会上都是可行的。在过去二十年中，可再生能源发电的成本也急剧下降，因此平均而言，与使用化石燃料发电的传统工厂相比，利用风能和太阳能发电更便宜且更安全。如果完全可再生的电网成为现实，电解氢可以成为航空业引人注目的零排放解决方案。
“有些公司希望在未来两年内制造小型商用氢飞机，而大公司则希望在未来10年内开发这些飞机。从实际生命周期的角度来看，我们准备好了吗?我相信我们拥有所需的所有技术，并且有足够的钱来做这件事，”安塞尔说。“这是一个分配和优先顺序的问题。”