一、發(fā)布背景和研究方法
2022年10月，國際民航組織第41屆大會通過了“至2050年實現(xiàn)凈零碳排放”目標。但航空業(yè)實現(xiàn)脫碳更依賴政府和航空業(yè)共同努力，不能僅依賴于運營商，因為運營商通常不生產(chǎn)燃料、飛機，也不提供空中交通管理，可能也沒有機場所有權和運營權。盡管國外經(jīng)過數(shù)年研究，基本確定了提高飛機效率、采用可持續(xù)航空燃料以及氫能和電能推進、提升運營效率、碳捕獲等可行脫碳路徑，但缺乏詳細技術路線和可行的時間表。鑒此，國際航協(xié)研究提出具有廣泛共識的全方位路線圖，以提供關鍵細節(jié)指導。
國際航協(xié)主要采用三種方法研究制定系列路線圖：
①對關鍵脫碳路徑歸為減少飛行中能耗、改變能源形式和碳排放再捕獲三類
②從多個維度研究。從飛機技術、基礎設施、運營、金融和政策五個維度按三類路徑研究脫碳舉措，其中政策、金融路線圖涵蓋全部路徑，飛機技術路線圖涵蓋前兩類，基礎設施路線圖涵蓋后兩類，運營僅涵蓋第一類
③采用建模工具開展場景研究。利用英國倫敦大學航空運輸系統(tǒng)實驗室的航空綜合模型(AIM)建立十種場景，計算每種技術可能的碳減排量，并提交來自美國航空航天局、英國航空技術研究院、德國宇航中心、空客、波音、通用電氣、克蘭菲爾德大學等17家機構的專家評審
此外，國際航協(xié)在研究過程中也充分利用了國際航空運輸小組《航路點2050》、英國航空技術研究院《2050英國航空零碳排放技術戰(zhàn)略》等以往研究成果。
通過不同的行動杠桿在 2050 年減少航空二氧化碳排放量(實線表示中心情況，黑線表示根據(jù)模擬情景實現(xiàn)的最大和最小減排量)
二、主要內容
飛機技術路線圖
該路線圖給出了4類關鍵技術的預期進展：
①氣動布局方面，認為翼身融合體(BWB)和跨聲速桁架支撐翼(TTBW)是減排必經(jīng)之路，其中后者氣動效率比同代傳統(tǒng)布局飛機高10%以上，若現(xiàn)役窄體機全部采用該布局可減少0.15億噸碳排放
②發(fā)動機方面，認為到2030年，發(fā)動機涵道比將從現(xiàn)在的約10提升至12以上，并采用齒輪渦扇傳動;核心機壓比將從現(xiàn)在的40提高到50～60;新型燃燒室可減少氮氧化物并支持可持續(xù)航空燃料;開式轉子等革命性推進系統(tǒng)將燃料效率提升5%～10%，屆時可完成試飛
③結構和氣動方面，認為機翼展弦比將從現(xiàn)在的8～10提高到11～12并采用邊界層流動控制技術;將通過復合材料進一步減重(尤其是窄體機);增材制造和結構健康管理可使零件更輕更小，并采用更多一體成型結構減少裝配，可能構建具備燃料存儲、傳熱功能或射頻天線的多功能結構
④機載系統(tǒng)方面，認為將采用更多電動系統(tǒng)取代液壓系統(tǒng)，并將上述多功能結構與機載系統(tǒng)集成
該路線圖預測：盡管現(xiàn)在部分公司已在支線客機上應用氫推進方面取得進展，且氫渦輪試飛預計可在2035年前完成，但2040年前氫能對航空業(yè)影響很有限，到2060-2070年氫能飛機數(shù)量才比較可觀。為加快氫動力應用，必須開發(fā)一系列目前不存在或無法用于大型客機的技術，例如：熱管理系統(tǒng)處理高溫燃料電池的熱量;兆瓦級超高效電動機和配電系統(tǒng);高功率密度高溫燃料電池(功率密度超10千瓦/千克，為航空業(yè)獨特的需求);液態(tài)氫儲罐(重量效率在近期僅為50%，2040年后可達70%);低氮氧化物燃燒技術;干式機翼。
飛機技術路線圖
基礎設施路線圖
該路線圖聚焦保證可持續(xù)航空燃料、氫能等新能源基礎設施滿足航空業(yè)能源更換的需求，給出了3類關鍵技術的預期進展：
①可持續(xù)航空燃料/氫生產(chǎn)設施方面，若要求可持續(xù)航空燃料在2050年占航空燃料使用比例的80%～90%、使碳排放減少62%，就需5000～7000個生物煉油廠和大量氫氣來生產(chǎn);按此，2050年航空業(yè)需近1億噸氫氣(其中8600萬～9600萬噸用于生產(chǎn)可持續(xù)航空燃料)，這相當于2023年全球氫氣生產(chǎn)量
②機場氫燃料存儲與分配設施方面，預計400萬～1400萬噸氫氣用于直接供氫動力飛機作為燃料，需在機場有額外基礎設施用于氫氣存儲與分配，并采用新的地面支持設備和地面運維規(guī)程
③碳捕獲基礎設施方面，提出到2050年從大氣中收集共7億噸二氧化碳，并將其中大部分作為可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)原料
基礎設施路線圖
運營路線圖
該路線圖提出各國政府應將空中交通管理系統(tǒng)作為國家基礎設施的關鍵部分，并在可持續(xù)民用航空總體戰(zhàn)略中優(yōu)先考慮。通過空域運營實現(xiàn)減排的前提條件是航司、機場和空中導航服務機構的投資計劃保持一致。該路線圖認為，當前空中交通管理系統(tǒng)效率較低，導致了不必要的燃料消耗和碳排放，但可在短期內通過如下措施取得成效：
①利用區(qū)域性項目為制定全球標準提供參考和樣板，并突出效益和成本
②以環(huán)境和性能為基準來衡量進展，并將基于軌跡運營的最佳實施方案作為范例
③各區(qū)域組成聯(lián)合體，確保在運營規(guī)劃和實施階段就考慮空域需求
運營路線圖
金融路線圖
該路線圖提出，實現(xiàn)2050年航空業(yè)凈零排放所需投資高達5.3萬億美元，年均投資額近1800億美元。該路線圖認為，在由投資者承擔風險的項目早期階段，由政府或公共財政提供支持來降低風險是必要的，該額度或占總額的1/3;一旦技術足夠成熟并展示出商業(yè)前景，在有政策支持的前提下，私人資本將會介入并承擔剩余三分之二投資額，大多數(shù)私人資本將在2035年后進入。政府支持在以下方面尤為必要：
①繼續(xù)發(fā)展推進技術
②讓所有類型的金融機構(國際級到地方級、政府的和私人的)都參與其中
③解決投資分配的地區(qū)差異
政策路線圖
該路線圖認為，航空業(yè)不可能僅靠自身實現(xiàn)凈零排放，監(jiān)管機構和政策制定者的支持是絕對必要的，且很大程度上決定了2050年能否達成既定目標。該路線圖提出，政策制定者需立即行動，給出明晰、全方位、可預測的政策框架，才能使利益相關者有信心為革命性碳減排技術的發(fā)展提供足額投資，確保相關技術快速推向市場。該路線圖認為，當前還處于向零碳航空過渡的早期階段，必要的政策框架仍不完備，且不同司法管轄區(qū)尚未協(xié)調。這些政策支持中的大部分需在2030年前落地，以批準多種新技術、認證多種新燃料并創(chuàng)造新的市場。在這段時期，政策需以扶持和保護的原則、創(chuàng)建公平競爭環(huán)境的理念進行引導，還需因地制宜，成熟的經(jīng)濟體需對新興市場提供相應支持。
研究結論
總體來看，國際航協(xié)認為可持續(xù)航空燃料是減碳主力，但不確定性最大;技術改進、新動力形式與運營改善減排比例有限：
①可持續(xù)航空燃料方面，到2050年，它可減少的碳排放總量最高，為11.5億噸，占碳排放總量(約19億噸)的60.5%;但其不確定性最大，根據(jù)國際民航組織提供的3種應用場景，其碳減排最低值為18%、最大值為78%
②飛機增效方面，可減少1.25億～1.40億噸碳排放，最高約占總量的7.4%，具體數(shù)值取決于相關技術轉化和應用的時間
③氫能和電動飛機方面，可減少0.35億～1.25億噸碳排放，最高約占總量的6.6%
④運營改善方面，改善幅度約占總量的3%～4%左右，但獨立于其他所有手段并且可以立刻見效。此外，仍有約20%碳排放無法避免，還需通過碳捕獲及基于市場的調節(jié)以實現(xiàn)航空業(yè)凈零碳排放目標;且即使可持續(xù)航空燃料完全取代化石燃料，在其加工、運輸?shù)热芷谥幸矔a(chǎn)生殘余碳排放，必須用碳捕獲來實現(xiàn)凈零排放
三、啟示建議
一是建立定量評估模型，制定民用航空“雙碳”路線圖。參考美歐及國際組織相關研究中采用的評估模型，結合我國航空運輸實際情況，組織專業(yè)力量開展研究，綜合考慮飛機技術、運營管理、可持續(xù)航空燃料應用、政策等因素，建立碳減排舉措用于我國民用航空業(yè)的碳減排定量評估模型，綜合評估單項及多項舉措應用時減排效益、經(jīng)濟性、負面影響等，制定詳細、可靠的民用航空“雙碳”路線圖，指導相關技術和產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。
二是不斷夯實技術儲備，穩(wěn)定支持綠色航空相關技術群攻關。翼身融合體、可持續(xù)航空燃料、氫能和電推進等已被反復識別為綠色航空關鍵技術，且美英和歐洲航空強國已開展多項研究、取得顯著成果，正為其未來設立新市場門檻、將技術優(yōu)勢轉為產(chǎn)業(yè)壟斷奠定基礎。我國應針對民用航空“雙碳”路線圖中所識別的關鍵技術群，持續(xù)穩(wěn)定投資支持技術攻關，強化技術驗證，不斷夯實我國綠色航空技術儲備，為保證后續(xù)民機產(chǎn)品的競爭力提供有力技術保障。
三是創(chuàng)新投融資方式，以政府投資牽引社會資本，并形成合力。應借鑒美英和歐洲航空強國做法，前期由政府投資開發(fā)綠色航空技術，在達到合適成熟度(如完成地面演示驗證)后開放吸引、審慎選擇社會資本進入，通過社會資本加速后續(xù)研發(fā)、試驗、生產(chǎn)和上市，加速技術成果轉化。
本文來源于羅戈網(wǎng)，不代表九州物流網(wǎng)(http://www.zgslfm.com)觀點，如有侵權可聯(lián)系刪除，文章所用圖片來源于網(wǎng)絡，文章圖片如有侵權可聯(lián)系刪除。