國際能源署的數(shù)據(jù)顯示,全球航空業(yè)的二氧化碳(CO2)排放量“在過去20年內(nèi)迅速上升”,在2019年達(dá)到近10億噸,相當(dāng)于“全球化石燃料燃燒產(chǎn)生CO2排放量的2.8%”。世界野生動物基金會也將航空業(yè)描述為“溫室氣體排放量增長最快的來源之一”,并稱航空旅行是“目前個人能進(jìn)行的碳排放最密集的活動”。
在各國攜手邁向碳中和的大趨勢下,航空業(yè)減碳行動刻不容緩。正如英國克蘭菲爾德大學(xué)宇航學(xué)院院長伊恩·格雷所稱,零碳是航空業(yè)的“重中之重”,需要一系列創(chuàng)新來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。
美國消費(fèi)者新聞與商業(yè)頻道(CNBC)報道,這些創(chuàng)新包括研制出可持續(xù)的航空燃料、采用電推進(jìn)系統(tǒng)、使用新型輕質(zhì)材料以及增強(qiáng)型碳復(fù)合材料等,還需要制定相關(guān)政策,對航空業(yè)進(jìn)行“適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管”。
氫燃料受青睞
從1903年萊特兄弟的歷史性飛行到超音速飛機(jī),一部航空史就是一部由技術(shù)創(chuàng)新和雄心壯志推動的勵志史。現(xiàn)在,該行業(yè)繼續(xù)表現(xiàn)出對創(chuàng)新的渴望,不少業(yè)內(nèi)人士成為氫燃料電池飛機(jī)的擁躉。
2020年9月,英國ZeroAvia公司的6座Piper M級氫燃料電池飛機(jī)在英格蘭克蘭菲爾德機(jī)場完成了首飛,這是“商業(yè)級氫燃料電池飛機(jī)的首秀”,標(biāo)志著人類向低排放和零排放飛行又邁進(jìn)了一步。
其實,此前科學(xué)家已研制出了其他氫燃料電池飛機(jī)。2017年,以中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的20千瓦(KW)燃料電池系統(tǒng)為動力電源的中國國內(nèi)第一架有人駕駛?cè)剂想姵卦囼灆C(jī)成功首飛。2012年,由同濟(jì)大學(xué)與上海一家企業(yè)聯(lián)合研制的中國第一架純?nèi)剂想姵責(zé)o人機(jī)“飛躍一號”,在上海奉賢海邊首次試飛成功。
ZeroAvia首席執(zhí)行官瓦爾·米夫塔霍夫說:“雖然一些實驗飛機(jī)已經(jīng)使用氫燃料電池作為動力飛行,但我們的商用飛機(jī)的規(guī)模表明,付費(fèi)乘客可能很快就會登上真正的零排放航班。”
“飛躍一號”項目負(fù)責(zé)人、同濟(jì)大學(xué)許震宇副教授表示:“為積極應(yīng)對能源與環(huán)境挑戰(zhàn),開發(fā)使用生物質(zhì)能、氫能等新能源的飛行器,已成為航空技術(shù)的未來發(fā)展方向之一,特別是以氫氣為原料、真正實現(xiàn)零排放的燃料電池電動飛機(jī),更是航空工業(yè)的一個重要發(fā)展趨勢。”
此外,去年9月,法國空中客車公司也發(fā)布了3架以氫為燃料的概念飛機(jī)的細(xì)節(jié),聲稱這些飛機(jī)將在2035年翱翔藍(lán)天。
不僅僅是氫燃料
盡管如此,格雷表示:“氫燃料電池實際上一般用于小型飛機(jī),也就是航程為1000公里以下的飛機(jī),而航空業(yè)碳排放的‘罪魁禍?zhǔn)?rsquo;來自長途飛行。”
今年早些時候,歐洲空中導(dǎo)航安全組織發(fā)布的一份可持續(xù)發(fā)展簡報稱,“盡管歐洲機(jī)場2020年僅約6%的航班是長途飛行(超過4000公里),但歐洲航空業(yè)CO2排放量的一半以上來自長途飛行”。
這一觀點(diǎn)得到了歐洲運(yùn)輸與環(huán)境協(xié)會航空經(jīng)理喬·達(dá)爾代納的支持。她表示:“航空CO2排放中最大的一部分與長途飛行有關(guān)。長途飛行要想減碳,必需用可持續(xù)航空燃料取代目前廣泛使用的煤油,可持續(xù)航空燃料將在航空業(yè)的減排行動中發(fā)揮重要作用”。
歐盟航空安全局表示,可持續(xù)航空燃料“目前還沒有一個國際公認(rèn)的定義”,不過,空中客車公司將可持續(xù)航空燃料描述為“由可再生的原材料制成的航空燃料”,最常見的原料是農(nóng)作物,用過的食用油和動物脂肪。
格雷說:“目前,可持續(xù)航空燃料面臨的重大挑戰(zhàn)是,如何以適當(dāng)?shù)某杀旧a(chǎn)出所需的數(shù)量。目前很多科學(xué)家都在研究如何利用當(dāng)?shù)氐膹U物或資源生產(chǎn)可持續(xù)燃料。”
令人們感興趣的一種燃料是電子煤油(合成煤油),由CO2和氫氣混合而成。達(dá)爾代納稱:“它最棒的地方在于,這種碳中性材料可以在不改變發(fā)動機(jī)和飛機(jī)技術(shù)的情況下使用。在未來幾年里,降低其生產(chǎn)成本是關(guān)鍵。”
適當(dāng)監(jiān)管很重要
除上述創(chuàng)新外,近年來圍繞電推進(jìn)系統(tǒng)的討論也很多,Volocopter和Lilium等公司都在開發(fā)電動垂直起降飛機(jī)(eVTOL)。
雖然技術(shù)很重要,但制定相關(guān)規(guī)則,促進(jìn)航空產(chǎn)業(yè)減碳也非常重要。這方面的例子包括“國際航空碳抵消和減少計劃”、歐盟自2012年起將航空CO2排放納入排放交易體系等。
達(dá)爾代納強(qiáng)調(diào)了“適當(dāng)監(jiān)管”的重要性。她說:“如果政府有效地為排放和污染定價,然后強(qiáng)制使用清潔技術(shù),這就向私人和公共投資者發(fā)出了投資清潔技術(shù)的正確信號,這將帶來金融附加值以及環(huán)境附加值,這些是航空業(yè)脫碳行動取得成功的關(guān)鍵之一。”