在全球氣候危機(jī)背景下，航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性不言而喻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，航空業(yè)二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的 2%~3%。為更好地應(yīng)對(duì)氣候變化，盡快實(shí)現(xiàn)碳中和，包括國(guó)際組織和各國(guó)政府等在內(nèi)的各方正積極倡導(dǎo)航空業(yè)轉(zhuǎn)型，力求實(shí)現(xiàn)綠色飛行。
減少航空碳足跡將是人類飛行史上最重要的技術(shù)成就，但要真正應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，需要一種全面的方法，監(jiān)管可持續(xù)航空 “從搖籃到墳?zāi)?rdquo; 的整個(gè)過程。這種全面性還意味著，在全球化的行業(yè)中，我們必須在不同層面共同努力找出解決方案，實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，電氣化和氫可能是優(yōu)秀的解決方案。
使用氫能飛機(jī)和新技術(shù)減少碳排放
越來越多的人相信，首架商用氫能飛機(jī)將在 2030 年之前出現(xiàn)并獲得認(rèn)證，它將是一架 100 座以下的渦輪螺旋槳飛機(jī)。氫能飛機(jī)與主要運(yùn)送旅客和貨物的公共交通工具有所不同，因此要解決氫能飛行相關(guān)問題，還需要完善地面基礎(chǔ)設(shè)施，這需要數(shù)十年的努力。
未來幾年，航空業(yè)將增加約兩萬架新飛機(jī)，這些飛機(jī)的能耗將低于目前服役的飛機(jī)。即使最新的飛機(jī)技術(shù)減少了能源消耗，其速度也不足以減緩碳排放量增長(zhǎng)。例如，空客 A320neo 和波音 737 MAX 所使用的最新發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)能減少 15% 的燃油消耗，進(jìn)而減少碳排放。
簡(jiǎn)而言之，在過去 50 年里，燃油消耗和碳排放平均每年減少 1%。但由于新一代飛機(jī)投入生產(chǎn)，全球商用航空碳排放量預(yù)計(jì)將以平均每年 2.5%~3.5% 的速度增長(zhǎng)。因此，預(yù)計(jì)到本世紀(jì) 20 年代和 30 年代，航空業(yè)的總排放量將以每年 1.5%~2.5% 的速度增長(zhǎng)。隨著氣候變化加速，這將威脅到航空業(yè)發(fā)展和飛行能力建設(shè)。
我們相信，支持新技術(shù)概念和追逐夢(mèng)想對(duì)行業(yè)至關(guān)重要。然而，航空業(yè)需要改變目前的工作方式，思考如何利用現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的零排放或至少是真正的碳中和飛行，將更多資金投入到可立即實(shí)現(xiàn)的減排中。
增加可持續(xù)航空燃料產(chǎn)量至關(guān)重要
與傳統(tǒng)航空燃料相比，可持續(xù)航空燃料可以潛在地減少高達(dá) 80% 的生命周期碳排放，這在很大程度上取決于所使用的可持續(xù)原料、生產(chǎn)方法以及到機(jī)場(chǎng)的供應(yīng)鏈。2008 年，航空業(yè)首次使用可持續(xù)航空燃料。根據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，自 2016 年以來，已有超過 37 萬架次航班使用可持續(xù)航空燃料。
可持續(xù)航空燃料并沒有減少飛機(jī)燃燒燃料所產(chǎn)生的尾氣排放，溫室氣體排放的計(jì)算減少來自飛機(jī)燃料的生命周期。燃燒傳統(tǒng)航空燃料會(huì)釋放化石二氧化碳，開采燃料也會(huì)計(jì)算到生物圈總碳中。而燃燒可持續(xù)航空燃料，將以前被植物吸收或作為工業(yè)廢氣或家庭垃圾釋放的碳返回到大氣中，實(shí)現(xiàn)生命周期二氧化碳排放 “從油井到尾跡” 凈減少。對(duì)于由生物質(zhì)如食用油生產(chǎn)的可持續(xù)航空燃料，這一比例可高達(dá) 80%。因此，由可持續(xù)航空燃料提供動(dòng)力的商業(yè)航班碳排放被稱為“凈零”，而不是“零排放”。從捕獲的二氧化碳和可再生電力中產(chǎn)生的合成燃料，與化石噴氣燃料相比，可以實(shí)現(xiàn)“從油井到尾跡”100% 減排。
可持續(xù)航空燃料的產(chǎn)量很重要。2021 年，全球航空燃油消費(fèi)量約 3 億噸，但全球可持續(xù)航空燃料的年產(chǎn)量?jī)H為 20 萬噸，占比不足燃油消費(fèi)量的 0.1%。專家認(rèn)為，如果能進(jìn)行有計(jì)劃的投資，到 2030 年，這一比例將達(dá)到 8%。
加氫加工酯和脂肪酸是一種由動(dòng)物或植物油通過加氫處理制成的碳?xì)浠衔锖娇杖剂希?2030 年將主導(dǎo)可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)，但屆時(shí)也會(huì)出現(xiàn)其他方法。
若想迅速擴(kuò)大可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)規(guī)模，政府必須出臺(tái)激勵(lì)措施，鼓勵(lì)投資生產(chǎn)設(shè)施。幾家航空公司和制造商已經(jīng)確定了到 2030 年達(dá)到 10% 可持續(xù)航空燃料混合水平的目標(biāo)。要保證年燃料量要達(dá)到 10%，需要大量采用和生產(chǎn)可持續(xù)燃料。在技術(shù)層面，為盡可能有效地增加可持續(xù)航空燃料的份額，必須首先使用最成熟的技術(shù)，即加氫加工酯和脂肪酸，并盡快讓其他技術(shù)發(fā)展成熟。
如今，可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)成本平均是傳統(tǒng)航空燃料成本的 2 倍~ 4 倍。在行業(yè)成熟、生產(chǎn)成本降低之前，還需要政府的支持和激勵(lì)。碳排稅也是如此，這也許是產(chǎn)業(yè)鏈上最重要的一步，但航空公司和機(jī)場(chǎng)可能因此損失一部分競(jìng)爭(zhēng)力。在歐盟內(nèi)部，相關(guān)措施需要在多國(guó)討論后才能出臺(tái)落實(shí)。在生產(chǎn)方面，主要挑戰(zhàn)是動(dòng)員投資開發(fā)多項(xiàng)新的大型設(shè)施，以增加可持續(xù)航空燃料產(chǎn)量，滿足額外需求并降低成本。
研發(fā)新渦輪螺旋槳飛機(jī)與退役老舊飛機(jī)并舉
在上世紀(jì) 90 年代末，支線噴氣式飛機(jī)扼殺了對(duì)渦輪螺旋槳飛機(jī)的大部分需求，盡管渦輪螺旋槳飛機(jī)在當(dāng)時(shí)更便宜，比以前更舒適。在過去 15 年里，更大的噴氣式飛機(jī)變得更受歡迎，座位英里成本更低。
現(xiàn)代渦輪螺旋槳飛機(jī)比較舒適，飛行路線更優(yōu)化，600 公里內(nèi)飛行時(shí)間更短。因此，與最小的噴氣式飛機(jī)相比，使用最現(xiàn)代的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和更大的座位容量來研發(fā)新的渦輪螺旋槳飛機(jī)大大減少了碳排放。此外，采用類似技術(shù)的渦輪螺旋槳飛機(jī)的能源消耗和碳排放比噴氣式飛機(jī)少 20%~30%。因此，在人均旅客效率或人均旅客每公里效率方面，這種渦輪螺旋槳飛機(jī)比同等尺寸的噴氣式飛機(jī)更便宜。在區(qū)域和短途航線上，用渦輪螺旋槳飛機(jī)取代運(yùn)營(yíng)成本高的噴氣式飛機(jī)這一目標(biāo)在未來 10 年內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)。此外，這種渦輪螺旋槳飛機(jī)還可以使用可持續(xù)航空燃料，從而進(jìn)一步減排。
繼續(xù)執(zhí)飛老舊、低效飛機(jī)是不合時(shí)宜的。在不征收全球碳稅的情況下，各國(guó)政府應(yīng)限制每英里座位的燃料消耗量，迫使老舊飛機(jī)退役，貨機(jī)也應(yīng)如此。建議各國(guó)政府制定每噸貨物的碳排放標(biāo)準(zhǔn)。
大部分現(xiàn)役商用飛機(jī)仍然是窄體飛機(jī)，特別是空客 A320 和波音 737 系列。疫情防控期間，航空公司調(diào)整運(yùn)營(yíng)機(jī)型，退役大型寬體飛機(jī)。即使是最暢銷的兩代最新單通道飛機(jī)之間，每座公里燃油消耗也存在高達(dá) 20% 的差異。進(jìn)一步激勵(lì)航空公司調(diào)整運(yùn)營(yíng)機(jī)型，在數(shù)年內(nèi)從空客 A320ceo / 波音 737NG 機(jī)隊(duì)轉(zhuǎn)向空客 A320neo / 波音 737 MAX 機(jī)隊(duì)，將有助于減少總體排放量。這同樣適用于淘汰空客 A330、空客 A340 和波音 767 等老一代長(zhǎng)途機(jī)型。
行業(yè)各相關(guān)方必須團(tuán)結(jié)一致
從歷史上看，在對(duì)待環(huán)保問題上，航空業(yè)還是第一次觀點(diǎn)如此一致。盡管有國(guó)際組織協(xié)調(diào)，但是利益相關(guān)者各不相同，主要關(guān)注點(diǎn)也都是自己的規(guī)劃。為真正推動(dòng)脫碳，我們的心態(tài)必須更加開放、更加務(wù)實(shí)，讓航空公司、機(jī)場(chǎng)、燃料供應(yīng)商和制造商在全球范圍內(nèi)為實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)而密切合作。
除了像水力發(fā)電這樣的長(zhǎng)期技術(shù)，航空業(yè)的技術(shù)研發(fā)必須針對(duì)降低可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)有效的規(guī)模化生產(chǎn)。這是未來 20 年最有效的解決方案，應(yīng)該在該領(lǐng)域投入更多研究人才和資金。在這些領(lǐng)域，未來 20 年仍有巨大潛力有待釋放。
監(jiān)管形勢(shì)不明朗是可持續(xù)航空燃料投資仍相對(duì)緩慢的原因之一。簡(jiǎn)而言之，在許多情況下，我們不知道哪種可持續(xù)航空燃料和哪種生產(chǎn)方法將符合民航當(dāng)局和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的可持續(xù)性要求。這種懸而不決的局面減緩了創(chuàng)新速度，這一問題必須盡快解決?，F(xiàn)在我們需要全球性的證書和框架體系，避免在技術(shù)研究和建設(shè)生產(chǎn)工廠上花費(fèi)數(shù)十億美元。資本將只用于獲得批準(zhǔn)的技術(shù)研發(fā)，以創(chuàng)造效益。
業(yè)內(nèi)人士表示，希望在 21 世紀(jì)下半葉航空業(yè)開拓下一個(gè)前沿領(lǐng)域，把氫或燃料電池等技術(shù)應(yīng)用在所有尺寸和航程的飛機(jī)上。現(xiàn)在，當(dāng)務(wù)之急是加快二氧化碳大幅減排，并最大限度減少航空溫室氣體排放。
“氫” 裝上陣離我們還有多遠(yuǎn)？
近年來，對(duì)氫作為未來零排放飛機(jī)潛在能源的研究持續(xù)進(jìn)行。但研發(fā)氫動(dòng)力飛機(jī)還需要航空業(yè)內(nèi)外付出巨大努力。從儲(chǔ)氫、成本和基礎(chǔ)設(shè)施到公眾對(duì)安全的看法，航空部門正努力讓技術(shù)變得成熟，同時(shí)應(yīng)對(duì)一些重大挑戰(zhàn)。氫越來越被認(rèn)為是未來飛機(jī)最有前途的零排放技術(shù)。然而，在廣泛采用前，還必須應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)。
從技術(shù)方面來看，航空工程師將需要采用汽車和航天工業(yè)開發(fā)的技術(shù)，并使該技術(shù)與商用飛機(jī)運(yùn)營(yíng)兼容，使之減輕重量并降低成本。其中一項(xiàng)挑戰(zhàn)是如何在飛機(jī)上儲(chǔ)存氫氣。如今，液氫儲(chǔ)存是最具有前景的方式，而以壓縮氣體的形式儲(chǔ)存氫氣則對(duì)當(dāng)前飛機(jī)的重量和體積形成一定挑戰(zhàn)。
此外，航空業(yè)將需要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有商用飛機(jī)相同或更高的安全目標(biāo)。事實(shí)上，在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)當(dāng)今的煤油動(dòng)力飛機(jī)時(shí)，已經(jīng)考慮到了廣泛的安全預(yù)防措施，這種嚴(yán)格的方法確保了行業(yè)多年來始終如一的安全紀(jì)錄。因此，在氫動(dòng)力飛機(jī)升空前，氫推進(jìn)系統(tǒng)需要達(dá)到同等或更高的安全水平。
另一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是液氫在機(jī)場(chǎng)的可用性和成本。海洋、湖泊和大氣中有大量的氫，但若應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，必須氫氧分離。如今全球每年生產(chǎn)的氫氣超過 7000 萬噸，氫氣主要從天然氣(即灰氫)中提取出來。在通過化石燃料提取氫氣時(shí)，氫氣生產(chǎn)是能源密集型的，每年排放約 8.3 億噸二氧化碳。由可再生能源發(fā)電驅(qū)動(dòng)的電解槽則通過水電解提取 “綠色氫”，從而實(shí)現(xiàn)低排放。目前，全球?qū)Ｓ脷錃馍a(chǎn)中只有不到 0.1% 被認(rèn)為是 “綠色氫”，但這種情況可能發(fā)生改變。
目前，對(duì)能夠生產(chǎn) “綠色氫” 的電解槽的需求快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2030 年，歐盟電解槽產(chǎn)能將達(dá)到 40 吉瓦。因此，“綠色氫”可用性的增加有助于到 2030 年將其成本降低 30%，到 2050 年降低 50%。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，可再生能源成本的下降和制氫規(guī)模的擴(kuò)大，可能使 “綠色氫” 比現(xiàn)有選擇(如噴氣燃料和可持續(xù)航空燃料)在成本上更具競(jìng)爭(zhēng)力。具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的 “綠色氫” 和跨行業(yè)合作伙伴關(guān)系將是實(shí)現(xiàn)零排放飛行的必要條件。但要想真正實(shí)現(xiàn)氫能在整個(gè)航空業(yè)的廣泛應(yīng)用，就必須讓全球機(jī)場(chǎng)都能使用氫能。目前相關(guān)技術(shù)還處于起步階段，主要挑戰(zhàn)在于制訂大規(guī)模運(yùn)輸和基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，從而為機(jī)場(chǎng)提供飛機(jī)燃料所需的必要?dú)錃狻?/p>
國(guó)際能源機(jī)構(gòu)最近的一項(xiàng)研究表明，重新利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，包括用于運(yùn)輸天然氣的數(shù)百萬公里的管道，可能是一項(xiàng)具有成本效益的解決方案。因此，大量氫氣可以通過管道從生產(chǎn)地點(diǎn)運(yùn)輸，而少量氫氣可以通過卡車運(yùn)輸。此外，一些機(jī)場(chǎng)特別是可再生能源供應(yīng)設(shè)施在附近的機(jī)場(chǎng)，可以建設(shè)必要的基礎(chǔ)設(shè)施來支持現(xiàn)場(chǎng)氫氣生產(chǎn)?？湛凸灸壳罢谂c機(jī)場(chǎng)、航空公司合作，以確保必要的氫基礎(chǔ)設(shè)施到位，包括研究如何在本世紀(jì) 20 年代采用分步方法實(shí)現(xiàn)所有與機(jī)場(chǎng)有關(guān)的地面運(yùn)輸(即貨運(yùn)卡車、客運(yùn)巴士、飛機(jī)拖船等) 脫碳，預(yù)計(jì)這將為本世紀(jì) 30 年代飛機(jī)的氫可用性鋪平道路。
40 多年來，氫作為工業(yè)化學(xué)品和太空探索的燃料被大量安全地使用。事實(shí)上，每年都有數(shù)百萬立方米的氫氣被運(yùn)輸和處理。然而，公眾對(duì)氫氣安全性的認(rèn)知仍然較低。在最近的一項(xiàng)調(diào)查中，只有 49.5% 的被調(diào)查者認(rèn)為氫氣 “一般是安全的”。隨著氫燃料日益成為汽車和公共汽車等新型交通解決方案實(shí)施的支柱，公眾對(duì)氫燃料的看法可能發(fā)生變化，這或許會(huì)對(duì)氫燃料在飛機(jī)上的應(yīng)用產(chǎn)生積極影響。在航空領(lǐng)域廣泛采用氫能的道路仍然很長(zhǎng)，但跨行業(yè)的國(guó)際協(xié)調(diào)有望支持氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有助于實(shí)現(xiàn)未來 20 年雄心勃勃的全球減排目標(biāo)。
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