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全球航空业绿色发展趋势及需求持续增强

新冠疫情尽管给世界航空业造成了严重影响,但也刺激了绿色航空需求的发展,主要趋势包括:(1)未来飞机温室气体排放控制将进一步严格,以控制温室气体排放为主的技术竞争将趋于激烈;(2)可持续燃料发展未来将可能获得更多关注,并且其应用已进入军用航空领域,已被用于为战斗机提供动力;(3)航空发动机控制技术的进步将使下一代推进系统实现低碳甚至零排放成为可能。一些事件如下。

2020年12月23日,美国环境保护署(EPA)首次发布飞机温室气体(GHG)排放标准,将控制温室气体排放,确保飞机排放标准的“国际一致性”,其主要目的是为美国飞机制造商提供与外国竞争对手“平等的竞争环境”,以保持竞争力。该标准限制了从2028年开始商用客机和公务机的二氧化碳(CO2)和一氧化二氮(N2O)的排放量,同时也是对国际民航组织于2017年宣布的飞机二氧化碳排放认证标准和建议的进一步落实。新冠疫情发生以前,航空业二氧化碳排放量约占全球人为二氧化碳排放量的3%,为实现可持续发展目标,国际民航组织(ICAO)制定了国际航空碳抵消和减少计划(CORSIA)框架,要求2020年航空业碳排放量零增长,2050年之前碳排放量减少到2005年的一半。

英国空军战斗机将逐步使用可持续燃料。2020年12月14日,英国国防部长本·华莱士宣布,根据碳排放减少计划,英国皇家空军的战斗机将逐步使用由藻类、酒精和家庭垃圾转化的可持续燃料。其包括F-35、“台风”战斗机和“野猫”直升机在内的飞行器当前均使用常规燃料。英国国防部在2020年11月对航空燃料标准进行了修改,据此未来这些飞行器可能会使用高达50%的可持续能源。可持续燃料也称为“替代燃料”,包括氢化油脂、木材废料、酒精、糖、家庭垃圾、生物质和藻类。目前,近三分之二的国防用燃料被用于航空,新标准将大大减少排放。据估计,对于飞行1000海里(1852千米)的喷气式飞机,将30%的常规燃料替换为可持续燃料就可以减少18%的二氧化碳排放量。除了减少排放外,使用各种容易获得的材料,例如包括包装、草屑和食物残渣在内的生活垃圾,还可以避免垃圾填埋。英国国防部这一举动标志着全球燃料消耗量的巨大变化,并为数以千计的民用和军用飞机使用可持续航空燃料(SAF)打开了大门。

国际航空运输协会(IATA)呼吁新冠疫情后推进可持续航空燃料使用。英国ADS集团2020年7月9日指出,IATA强调了航空业对实现其减排目标的承诺,并呼吁国际能源署(IEA)优先考虑对可持续航空燃料(SAF)的投资,以推动航空业的疫情后复苏。

BAE系统公司发展绿色航空发动机控制技术。2020年6月17日,《航空制造技术》杂志指出,BAE系统公司已经应用能源管理和发动机控制技术,使下一代推进系统实现低碳甚至零排放成为可能。温室气体的增加使航空公司正在考虑如何减少飞机排放并节省燃料,最终目标是实现全电动。

国际民航组织调整航空碳抵消与减排计划。英国ADS集团2020年7月3日指出,鉴于COVID-19疫情严重,国际民航组织理事会本周同意调整国际航空碳抵消与减排计划(CORSIA),将不遵循提出CORSIA时商定的意图和目标。CORSIA 旨在通过不断改善飞机设计方案、动力系统、控制系统、燃油及其他技术,降低和消除航空活动的碳排放。

2020年9月24日,由ZeroAvia航空公司Piper m级6座飞机改装而成的世界首架氢燃料商用飞机在英国克兰菲尔德机场成功完成滑行、起飞、所有起落航线飞行、着陆等试飞项目,成为世界低碳飞行史上具有里程碑意义的重要事件。该飞行活动是英国政府HyFlyer项目的一部分,该项目由ZeroAvia、欧洲海洋能源中心和智能能源公司共同发起,旨在展示低碳动力系统技术。

2020年10月22日,德国宇航中心(DLR)公布其与德国航空航天工业协会(BDLI) 联合向德国联邦经济和能源部(BMWi)提交《航空业实现零排放》白皮书,首次全面总结了目前航空零排放技术的研发状况以及实现空运全面零排放所做的工作,认为只有通过科技界、航空业和政府部门密切协作,广泛开发可持续发展的航空燃料、更新飞机气动力布局、研制新型燃料电池技术、运用新型燃气涡轮发动机等动力技术方案,综合采用多样化技术,才能在2050年前实现空运零排放。白皮书强调,实现航空零排放需要进行大量的研究工作,必须同时进行各种颠覆性技术的开发,并根据飞机的大小、航程分门别类地加以使用。对人口密集地区运营的中短程支线飞机而言,电池供电具有可观的发展前途,燃料电池混合动力将取代当前的燃油动力。对中远程空运而言,采用新型燃气涡轮发动机和绿色氢能源具有巨大的减排潜力。综合采用新式飞机气动力布局和新型推进技术,也是减排的有效途径。白皮书也指出,推出气候友好的关键空运技术需要进行大量试飞,为此,必须预先计划好演示验证进度。同时,减少空运对气候的影响不仅需要投资开发新技术,还需要研发新的运营举措。DLR的研究显示,飞行导引系统运营成本增加百分之一,对气候的影响就会下降百分之十。