科技創(chuàng)新世界潮|航空業(yè)減排亟待技術(shù)創(chuàng)新助力

國(guó)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(dòng)物基金會(huì)也將航空業(yè)描述為“溫室氣體排放量增長(zhǎng)最快的來源之一”，并稱航空旅行是“目前個(gè)人能進(jìn)行的碳排放最密集的活動(dòng)。”

 

在各國(guó)攜手邁向碳中和的大趨勢(shì)下，航空業(yè)減碳行動(dòng)刻不容緩。正如英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)宇航學(xué)院院長(zhǎng)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(duì)這一挑戰(zhàn)。

 

美國(guó)消費(fèi)者新聞與商業(yè)頻道（CNBC）報(bào)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(duì)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(dòng)的勵(lì)志史。現(xiàn)在，該行業(yè)繼續(xù)表現(xiàn)出對(duì)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(guó)ZeroAvia公司的6座Piper M級(jí)氫燃料電池飛機(jī)在英格蘭克蘭菲爾德機(jī)場(chǎng)完成了首飛，這是“商業(yè)級(jí)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(shí)，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(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研制的20k千瓦燃料電池系統(tǒng)為動(dòng)力電源的中國(guó)國(guó)內(nèi)第一架有人駕駛?cè)剂想姵卦囼?yàn)機(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(guó)第一架純?nèi)剂想姵責(zé)o人機(jī)“飛躍一號(hào)”，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(shí)驗(yàn)飛機(jī)已經(jīng)使用氫燃料電池作為動(dòng)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(huì)登上真正的零排放航班。”

 

“飛躍一號(hào)”項(xiàng)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(duì)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(shí)現(xiàn)零排放的燃料電池電動(dòng)飛機(jī)，更是航空工業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。”

 

此外，去年9月，法國(guó)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(shí)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(zhǎng)途飛行。”

 

今年早些時(shí)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(jiǎn)報(bào)稱，“盡管歐洲機(jī)場(chǎng)2020年僅約6%的航班是長(zhǎng)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(zhǎng)途飛行”。

 

這一觀點(diǎn)得到了歐洲運(yùn)輸與環(huán)境協(xié)會(huì)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(zhǎng)途飛行有關(guān)。長(zhǎng)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(dòng)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(gè)國(guó)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guó)際航空碳抵消和減少計(jì)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(jià)，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(hào)，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(dòng)取得成功的關(guān)鍵之一。”