在全球气候危机背景下，航空业可持续发展的重要性不言而喻。据统计，航空业二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的 2%~3%。为更好地应对气候变化，尽快实现碳中和，包括国际组织和各国政府等在内的各方正积极倡导航空业转型，力求实现绿色飞行。
减少航空碳足迹将是人类飞行史上最重要的技术成就，但要真正应对这一挑战，需要一种全面的方法，监管可持续航空 “从摇篮到坟墓” 的整个过程。这种全面性还意味着，在全球化的行业中，我们必须在不同层面共同努力找出解决方案，实现共同目标。从长远来看，电气化和氢可能是优秀的解决方案。
越来越多的人相信，首架商用氢能飞机将在 2030 年之前出现并获得认证，它将是一架 100 座以下的涡轮螺旋桨飞机。氢能飞机与主要运送旅客和货物的公共交通工具有所不同，因此要解决氢能飞行相关问题，还需要完善地面基础设施，这需要数十年的努力。
未来几年，航空业将增加约两万架新飞机，这些飞机的能耗将低于目前服役的飞机。即使最新的飞机技术减少了能源消耗，其速度也不足以减缓碳排放量增长。例如，空客 A320neo 和波音 737 MAX 所使用的最新发动机技术能减少 15% 的燃油消耗，进而减少碳排放。
简而言之，在过去 50 年里，燃油消耗和碳排放平均每年减少 1%。但由于新一代飞机投入生产，全球商用航空碳排放量预计将以平均每年 2.5%~3.5% 的速度增长。因此，预计到本世纪 20 年代和 30 年代，航空业的总排放量将以每年 1.5%~2.5% 的速度增长。随着气候变化加速，这将威胁到航空业发展和飞行能力建设。
我们相信，支持新技术概念和追逐梦想对行业至关重要。然而，航空业需要改变目前的工作方式，思考如何利用现有技术，实现真正的零排放或至少是真正的碳中和飞行，将更多资金投入到可立即实现的减排中。
与传统航空燃料相比，可持续航空燃料可以潜在地减少高达 80% 的生命周期碳排放，这在很大程度上取决于所使用的可持续原料、生产方法以及到机场的供应链。2008 年，航空业首次使用可持续航空燃料。根据国际航空运输协会的数据，自 2016 年以来，已有超过 37 万架次航班使用可持续航空燃料。
可持续航空燃料并没有减少飞机燃烧燃料所产生的尾气排放，温室气体排放的计算减少来自飞机燃料的生命周期。燃烧传统航空燃料会释放化石二氧化碳，开采燃料也会计算到生物圈总碳中。而燃烧可持续航空燃料，将以前被植物吸收或作为工业废气或家庭垃圾释放的碳返回到大气中，实现生命周期二氧化碳排放 “从油井到尾迹” 净减少。对于由生物质如食用油生产的可持续航空燃料，这一比例可高达 80%。因此，由可持续航空燃料提供动力的商业航班碳排放被称为“净零”，而不是“零排放”。从捕获的二氧化碳和可再生电力中产生的合成燃料，与化石喷气燃料相比，可以实现“从油井到尾迹”100% 减排。
可持续航空燃料的产量很重要。2021 年，全球航空燃油消费量约 3 亿吨，但全球可持续航空燃料的年产量仅为 20 万吨，占比不足燃油消费量的 0.1%。专家认为，如果能进行有计划的投资，到 2030 年，这一比例将达到 8%。
加氢加工酯和脂肪酸是一种由动物或植物油通过加氢处理制成的碳氢化合物航空燃料，到 2030 年将主导可持续航空燃料的生产，但届时也会出现其他方法。
若想迅速扩大可持续航空燃料的生产规模，政府必须出台激励措施，鼓励投资生产设施。几家航空公司和制造商已经确定了到 2030 年达到 10% 可持续航空燃料混合水平的目标。要保证年燃料量要达到 10%，需要大量采用和生产可持续燃料。在技术层面，为尽可能有效地增加可持续航空燃料的份额，必须首先使用最成熟的技术，即加氢加工酯和脂肪酸，并尽快让其他技术发展成熟。
如今，可持续航空燃料的生产成本平均是传统航空燃料成本的 2 倍~ 4 倍。在行业成熟、生产成本降低之前，还需要政府的支持和激励。碳排税也是如此，这也许是产业链上最重要的一步，但航空公司和机场可能因此损失一部分竞争力。在欧盟内部，相关措施需要在多国讨论后才能出台落实。在生产方面，主要挑战是动员投资开发多项新的大型设施，以增加可持续航空燃料产量，满足额外需求并降低成本。
在上世纪 90 年代末，支线喷气式飞机扼杀了对涡轮螺旋桨飞机的大部分需求，尽管涡轮螺旋桨飞机在当时更便宜，比以前更舒适。在过去 15 年里，更大的喷气式飞机变得更受欢迎，座位英里成本更低。
现代涡轮螺旋桨飞机比较舒适，飞行路线更优化，600 公里内飞行时间更短。因此，与最小的喷气式飞机相比，使用最现代的传统发动机和更大的座位容量来研发新的涡轮螺旋桨飞机大大减少了碳排放。此外，采用类似技术的涡轮螺旋桨飞机的能源消耗和碳排放比喷气式飞机少 20%~30%。因此，在人均旅客效率或人均旅客每公里效率方面，这种涡轮螺旋桨飞机比同等尺寸的喷气式飞机更便宜。在区域和短途航线上，用涡轮螺旋桨飞机取代运营成本高的喷气式飞机这一目标在未来 10 年内可以实现。此外，这种涡轮螺旋桨飞机还可以使用可持续航空燃料，从而进一步减排。
继续执飞老旧、低效飞机是不合时宜的。在不征收全球碳税的情况下，各国政府应限制每英里座位的燃料消耗量，迫使老旧飞机退役，货机也应如此。建议各国政府制定每吨货物的碳排放标准。
大部分现役商用飞机仍然是窄体飞机，特别是空客 A320 和波音 737 系列。疫情防控期间，航空公司调整运营机型，退役大型宽体飞机。即使是最畅销的两代最新单通道飞机之间，每座公里燃油消耗也存在高达 20% 的差异。进一步激励航空公司调整运营机型，在数年内从空客 A320ceo / 波音 737NG 机队转向空客 A320neo / 波音 737 MAX 机队，将有助于减少总体排放量。这同样适用于淘汰空客 A330、空客 A340 和波音 767 等老一代长途机型。
从历史上看，在对待环保问题上，航空业还是第一次观点如此一致。尽管有国际组织协调，但是利益相关者各不相同，主要关注点也都是自己的规划。为真正推动脱碳，我们的心态必须更加开放、更加务实，让航空公司、机场、燃料供应商和制造商在全球范围内为实现同一目标而密切合作。
除了像水力发电这样的长期技术，航空业的技术研发必须针对降低可持续航空燃料的生产成本和实现有效的规模化生产。这是未来 20 年最有效的解决方案，应该在该领域投入更多研究人才和资金。在这些领域，未来 20 年仍有巨大潜力有待释放。
监管形势不明朗是可持续航空燃料投资仍相对缓慢的原因之一。简而言之，在许多情况下，我们不知道哪种可持续航空燃料和哪种生产方法将符合民航当局和监管机构的可持续性要求。这种悬而不决的局面减缓了创新速度，这一问题必须尽快解决。现在我们需要全球性的证书和框架体系，避免在技术研究和建设生产工厂上花费数十亿美元。资本将只用于获得批准的技术研发，以创造效益。
业内人士表示，希望在 21 世纪下半叶航空业开拓下一个前沿领域，把氢或燃料电池等技术应用在所有尺寸和航程的飞机上。现在，当务之急是加快二氧化碳大幅减排，并最大限度减少航空温室气体排放。
近年来，对氢作为未来零排放飞机潜在能源的研究持续进行。但研发氢动力飞机还需要航空业内外付出巨大努力。从储氢、成本和基础设施到公众对安全的看法，航空部门正努力让技术变得成熟，同时应对一些重大挑战。氢越来越被认为是未来飞机最有前途的零排放技术。然而，在广泛采用前，还必须应对各种挑战。
从技术方面来看，航空工程师将需要采用汽车和航天工业开发的技术，并使该技术与商用飞机运营兼容，使之减轻重量并降低成本。其中一项挑战是如何在飞机上储存氢气。如今，液氢储存是最具有前景的方式，而以压缩气体的形式储存氢气则对当前飞机的重量和体积形成一定挑战。
此外，航空业将需要实现与现有商用飞机相同或更高的安全目标。事实上，在设计和运营当今的煤油动力飞机时，已经考虑到了广泛的安全预防措施，这种严格的方法确保了行业多年来始终如一的安全纪录。因此，在氢动力飞机升空前，氢推进系统需要达到同等或更高的安全水平。
另一项关键挑战是液氢在机场的可用性和成本。海洋、湖泊和大气中有大量的氢，但若应用在工业领域，必须氢氧分离。如今全球每年生产的氢气超过 7000 万吨，氢气主要从天然气（即灰氢）中提取出来。在通过化石燃料提取氢气时，氢气生产是能源密集型的，每年排放约 8.3 亿吨二氧化碳。由可再生能源发电驱动的电解槽则通过水电解提取 “绿色氢”，从而实现低排放。目前，全球专用氢气生产中只有不到 0.1% 被认为是 “绿色氢”，但这种情况可能发生改变。
目前，对能够生产 “绿色氢” 的电解槽的需求快速增长，预计到 2030 年，欧盟电解槽产能将达到 40 吉瓦。因此，“绿色氢”可用性的增加有助于到 2030 年将其成本降低 30%，到 2050 年降低 50%。
业内人士认为，可再生能源成本的下降和制氢规模的扩大，可能使 “绿色氢” 比现有选择（如喷气燃料和可持续航空燃料）在成本上更具竞争力。具有成本竞争力的 “绿色氢” 和跨行业合作伙伴关系将是实现零排放飞行的必要条件。但要想真正实现氢能在整个航空业的广泛应用，就必须让全球机场都能使用氢能。目前相关技术还处于起步阶段，主要挑战在于制订大规模运输和基础设施解决方案，从而为机场提供飞机燃料所需的必要氢气。
国际能源机构最近的一项研究表明，重新利用现有基础设施，包括用于运输天然气的数百万公里的管道，可能是一项具有成本效益的解决方案。因此，大量氢气可以通过管道从生产地点运输，而少量氢气可以通过卡车运输。此外，一些机场特别是可再生能源供应设施在附近的机场，可以建设必要的基础设施来支持现场氢气生产。空客公司目前正在与机场、航空公司合作，以确保必要的氢基础设施到位，包括研究如何在本世纪 20 年代采用分步方法实现所有与机场有关的地面运输（即货运卡车、客运巴士、飞机拖船等) 脱碳，预计这将为本世纪 30 年代飞机的氢可用性铺平道路。
40 多年来，氢作为工业化学品和太空探索的燃料被大量安全地使用。事实上，每年都有数百万立方米的氢气被运输和处理。然而，公众对氢气安全性的认知仍然较低。在最近的一项调查中，只有 49.5% 的被调查者认为氢气 “一般是安全的”。随着氢燃料日益成为汽车和公共汽车等新型交通解决方案实施的支柱，公众对氢燃料的看法可能发生变化，这或许会对氢燃料在飞机上的应用产生积极影响。在航空领域广泛采用氢能的道路仍然很长，但跨行业的国际协调有望支持氢经济的发展，有助于实现未来 20 年雄心勃勃的全球减排目标。
来源：中国民航报
