■ 王翔宇 / 中國航發(fā)研究院

根據(jù)《目標(biāo)2050》戰(zhàn)略構(gòu)想，通過改進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)、使用可持續(xù)航空燃料（SAF）、實施經(jīng)濟(jì)刺激政策，以及改善空中交通管理（ATM）等4項關(guān)鍵舉措，預(yù)計到2030年CO2凈排放量將比假設(shè)的參考情景減少45%，到2050年可實現(xiàn)歐洲航空業(yè)CO2的凈零排放。

歐洲航空聯(lián)盟（A4E）、歐洲民航導(dǎo)航服務(wù)組織（CANSO）、歐洲區(qū)域航空公司協(xié)會（ERA）、歐洲國際機(jī)場理事會（ACI）和歐洲航空航天與防務(wù)工業(yè)協(xié)會（ASD）于2021年2月11日，共同發(fā)布了名為《目標(biāo)2050》（Destination 2050）的可持續(xù)發(fā)展新戰(zhàn)略，詳細(xì)闡述了未來30年歐洲航空業(yè)的脫碳發(fā)展路徑。該戰(zhàn)略是在《巴黎協(xié)定》和《歐洲綠色協(xié)議》的基礎(chǔ)上制定并與歐洲氣候目標(biāo)相契合，通過航空業(yè)與各國政府的協(xié)調(diào)努力，歐盟、英國和歐洲自由貿(mào)易聯(lián)盟（即“歐盟+”地區(qū)）境內(nèi)以及離境的所有航班到2050年要真正實現(xiàn)CO2凈零排放。所謂的凈零排放并不意味著完全的無碳飛行，而是要在絕對排放量下降92%后其余的CO2可通過各種碳清除手段實現(xiàn)中和。為了實現(xiàn)這一雄心勃勃的宏偉愿景，改進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)、使用可持續(xù)航空燃料（SAF）、實施經(jīng)濟(jì)刺激政策以及改善空中交通管理將是歐洲航空業(yè)后續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。

改進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)

盡管不同的細(xì)分市場有所差異，但民航飛行的燃油效率在過去10多年的時間里總體上以接近2%的年化增長率實現(xiàn)了穩(wěn)步提升，這種勢頭大概率將會延續(xù)到2035年，即航空業(yè)預(yù)期的下一代革命性飛機(jī)和發(fā)動機(jī)產(chǎn)品問世之際。從飛機(jī)部件設(shè)計的角度看，翼面層流主動控制以及可折疊桁架式機(jī)翼有望大幅降低飛行阻力，碳纖維增強(qiáng)塑料在機(jī)體上的普及應(yīng)用也可以在強(qiáng)度不變的前提下顯著減輕其質(zhì)量。而超高涵道比、開式轉(zhuǎn)子構(gòu)型和更激進(jìn)的循環(huán)方式（如自適應(yīng)循環(huán)、間冷回?zé)嵫h(huán)和組合循環(huán)）則是未來燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)降低碳排放的重要發(fā)展方向。不過如此的減排進(jìn)度顯然無法滿足人們對航空業(yè)盡快實現(xiàn)脫碳發(fā)展的迫切訴求，通過常規(guī)技術(shù)路線對飛機(jī)及其動力系統(tǒng)進(jìn)行能效潛力挖掘也變得越來越困難，這一點(diǎn)在運(yùn)力和排放量占比均過半的窄體機(jī)市場表現(xiàn)得尤為突出。在未來窄體機(jī)、中小型寬體機(jī)和大型寬體機(jī)的各個細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線可能會出現(xiàn)一定差異性的同時，以電能、氫能為代表的所謂“非滴入式能源”正在逐漸成為最熱門的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)革新領(lǐng)域，也為凈零排放愿景成真帶來最大的希望。

限制當(dāng)前電推進(jìn)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的一個主要原因就是過低的電池質(zhì)量能量密度，0.2kW·h/kg甚至僅相當(dāng)于航空煤油的1/60。體積能量密度和功率能量密度的問題也帶來了很大的困擾，不僅意味著需要比當(dāng)前油箱大得多的電池存放空間，而且在某些飛行階段（如起飛）可能要依賴更多的電動機(jī)同時工作以提供足夠的推力。即便是混合電推進(jìn)系統(tǒng)，當(dāng)飛機(jī)的尺寸和推力需求增大時額外產(chǎn)生的質(zhì)量也會無法承受，同時更高的輸出功率也意味著更大更沉的冷卻裝置。正是考慮到了電推進(jìn)相關(guān)技術(shù)在中短期內(nèi)實現(xiàn)跨越式發(fā)展還存在著較大困難，《目標(biāo)2050》認(rèn)為未來20～25年可能只有通航飛行能夠達(dá)成全電化發(fā)展，而對于那些再下一代的民用飛機(jī)及發(fā)動機(jī)，除了支線市場可能會采用混合電推進(jìn)系統(tǒng)外，窄體機(jī)和寬體機(jī)大概率仍舊會處于從多電到混電/全電的過渡階段。特別值得一提的是，雖然大型寬體機(jī)及其動力技術(shù)發(fā)展與其他細(xì)分市場有所不同，但由于其產(chǎn)品進(jìn)入市場的時間一般比窄體機(jī)和中小型寬體機(jī)晚5年左右，可吸收后二者發(fā)展的經(jīng)驗教訓(xùn)從而進(jìn)一步開展有針對性的研發(fā)，因此在《目標(biāo)2050》中100座以上各細(xì)分市場的長期效率提升目標(biāo)被整合在了一起。

雖然氫燃料電池將在未來電推進(jìn)系統(tǒng)中扮演重要角色，但改進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)使之直接燃燒氫氣似乎更加接近現(xiàn)實。與燃燒航空煤油相比還可減少硫酸鹽、顆粒物質(zhì)和NOX的排放，在減少CO2排放的同時對改善機(jī)場周圍空氣質(zhì)量也有很大益處。歐洲雄心勃勃的氫能發(fā)展戰(zhàn)略是實現(xiàn)氫動力飛行的一個關(guān)鍵因素，力度空前的氫能源推廣普及將有助于其在基礎(chǔ)設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)化方面快速成熟，可再生電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展也會讓可再生氫與化石能源相比具有成本競爭力。援引2020年麥肯錫公司咨詢報告的若干結(jié)論，《目標(biāo)2050》認(rèn)為航程2000km、載客量165人的氫能窄體機(jī)將在2035年投入使用，到2050年氫能飛機(jī)對應(yīng)的CO2減排量將達(dá)到6000萬t，減排成本為225歐元/t，甚至超過了常規(guī)飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)改進(jìn)（含混合電推進(jìn)）帶來的成果。不過對于更大座級的飛機(jī)，隨著起飛質(zhì)量的增加，每可用座千米（ASK）的氫燃料成本費(fèi)用將會呈倍數(shù)增加，更遠(yuǎn)的航程也帶來了在“歐盟+”區(qū)域以外的氫氣供應(yīng)和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施支持上的問題，當(dāng)然這一點(diǎn)也同樣存在于主要連接較小的機(jī)場、城鎮(zhèn)和城市的支線飛機(jī)。

使用可持續(xù)航空燃料

在過去的15年中，航空業(yè)一直致力于開發(fā)替代傳統(tǒng)航空煤油的SAF，以減少對環(huán)境的不利影響。注意到這里的SAF是從燃料全生命周期排放量的角度考慮的，即在原料生產(chǎn)和運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化為燃料、燃料運(yùn)輸和分配過程中排放的全部CO2，當(dāng)然也包括在飛機(jī)和發(fā)動機(jī)使用時產(chǎn)生的。通過對森林物質(zhì)、農(nóng)業(yè)剩余物、能源作物和已經(jīng)加工過的其他物質(zhì)（如污水污泥和城市固體廢物）進(jìn)行一系列工藝處理，在和航空煤油按照一定比例進(jìn)行混合并經(jīng)過適航認(rèn)證后，SAF能夠直接在現(xiàn)有機(jī)隊中使用，不需要對飛機(jī)、發(fā)動機(jī)或基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行任何改動，這也是其與氫能飛行的一大根本性區(qū)別。與航空煤油相比，使用SAF可獲得的全生命周期CO2減排量大多在25%～95%，同時也會顯著降低CO、硫化物和可吸入顆粒物的排放量。

改進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)對應(yīng)的CO2減排預(yù)期

預(yù)計到2030年，歐洲SAF產(chǎn)量達(dá)到320萬t，占全球總產(chǎn)量的一半，約等于歐洲航空業(yè)燃料消耗量的6%。其中生物燃料為200萬t，有70%是通過HEFA法生產(chǎn)的，市場價格約為同期航空煤油的1.95倍，而利用其他方法得到的生物燃料價格還會再翻番。另外的120萬t主要是以可再生氫為原料的合成液體燃料，雖然成本同樣較高，但其全生命周期排放量卻下降了85%。到2050年，生物燃料產(chǎn)量增長到1300萬t，整個生物燃料供應(yīng)鏈在歐盟循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略下會得到進(jìn)一步優(yōu)化，全生命周期CO2減排量超過95%。同時，70%的可再生氫將會為氫動力飛機(jī)提供燃料，按照7%的含氫量計算剩余的可制備1900萬t碳?xì)湟后w燃料，市場價格也將低于生物燃料。這樣，合計3200萬t的可持續(xù)航空燃料已相當(dāng)于同期航空燃料消費(fèi)總量的83%，而該數(shù)字已經(jīng)超過了目前適航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50%混合比例的上限。雖然在2030年后將這一限制提升到100%應(yīng)當(dāng)不存在技術(shù)上的瓶頸，但從安全性考慮，會對飛機(jī)和發(fā)動機(jī)進(jìn)行額外的改裝和測試。

實施經(jīng)濟(jì)刺激政策

經(jīng)濟(jì)刺激政策已被普遍認(rèn)為是實現(xiàn)航空業(yè)低碳化發(fā)展的一個關(guān)鍵機(jī)制，其核心在于確定CO2排放的價格，從而讓生產(chǎn)者在商業(yè)決策中明確考慮碳排放產(chǎn)生的氣候成本。歐洲應(yīng)對氣候變化的政策基石就是歐盟排放交易體系（ETS），最初只是針對電力和能源行業(yè)，在2012年第三階段開始實施后航空業(yè)被納入其中，也是目前該計劃唯一涵蓋的交通領(lǐng)域。從結(jié)果上看，自2013年以來歐盟排放交易體系下CO2排放量平均每年下降了2.3%，不過航空排放量的年化增長量卻為4.5%，這表明航空業(yè)成了這種排放交易體系下的配額凈購買者，2017年購買的排放配額甚至占到了排放量的41%?？紤]到在ETS第四階段（2021—2030年）航空排放配額上限將以每年2.2%的速度遞減，歐洲各個航空公司將承擔(dān)更大的排放經(jīng)濟(jì)壓力。雖然航空業(yè)分得的配額占比會上升一些，但CO2排放配額的市場價格也在水漲船高，已經(jīng)從2013年的每噸不足5歐元提高了2019年的30歐元以上。

使用可持續(xù)航空燃料對應(yīng)的CO2減排預(yù)期

目前，ETS還只是針對歐洲內(nèi)部航班執(zhí)行。為了更好地解決國際飛行的碳排放問題，2016年國際民航組織（ICAO）商定了國際航空碳抵消和減少方案（CORSIA），要求航空公司通過購買其他部門減排項目產(chǎn)生的碳信用額來抵消任何超過2019年的排放量。顯然以“抵消”為核心、排放總量上不封頂?shù)腃ORSIA比歐洲“總量遞減、配額交易”ETS碳排放政策要溫和很多，相應(yīng)的2020年2月初碳信用額的交易價格僅為0.23歐元，約為歐盟排放交易系統(tǒng)配額單價的百分之一，這也有助于獲得歐盟外特別是很多發(fā)展中國家的認(rèn)可與支持。不過隨著CORSIA在全球航空業(yè)的推廣普及并像歐盟排放交易體系那樣具有強(qiáng)制性，未來碳信用價格存在大幅上漲的可能性?！赌繕?biāo)2050》戰(zhàn)略假設(shè)ETS與CORSIA會在不同地區(qū)共存發(fā)展，加速能源過渡并彌合差距直到突破性的飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)和SAF得到廣泛應(yīng)用。到2030年經(jīng)濟(jì)措施預(yù)計將使CO2凈排放量比參考情景減少27%，到2050年剩余的排放量都可以通過碳清除項目加以平衡，此時歐洲航空公司的政策合規(guī)成本約為36億歐元。

改善空中交通管理

為了更好地與高度復(fù)雜且相互依存的航空運(yùn)輸環(huán)境相適應(yīng)，改善空中交通管理也將是中短期內(nèi)減少CO2排放的重要途徑。例如，通過考慮盡可能全面的因素（有效載荷、天氣情況、空中交通管制以及燃料價格等）從而確定更具運(yùn)營效率的航班計劃，航空公司在降低燃油消耗、獲取更多商業(yè)利益的同時也變相地達(dá)到了減排的目的。近3年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，依托相關(guān)專業(yè)軟件來規(guī)劃航班，已為航空公司節(jié)約了2.6%～3%的燃料，隨著2024年后新一代飛行管理系統(tǒng)（FMS）投入使用，這一收益還能進(jìn)一步提升到3%～4%。除了優(yōu)化飛行計劃和執(zhí)行方式外，航空公司還在努力減輕飛行質(zhì)量：一方面，復(fù)合材料應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大，客艙座椅、推車和各種工作設(shè)備都變得更加輕便；另一方面，電子系統(tǒng)開始快速取代紙質(zhì)報刊以及相對笨重的機(jī)上娛樂系統(tǒng)。改善機(jī)體狀況對油耗也有有益的影響，經(jīng)常性清洗發(fā)動機(jī)估計可以減少0.5%～1.2%的CO2排放，而飛機(jī)外部蒙皮凹痕或污垢會降低空氣動力學(xué)效率，可能使飛行阻力增加多達(dá)2%。

歐盟ETS與國際民航組織CORSIA比較

進(jìn)一步開放空域也是未來改善空中交通管理的重要方向。根據(jù)單一歐洲天空（SES）框架構(gòu)想，歐洲內(nèi)部各國破碎零散的空域有望被整合，允許根據(jù)航空業(yè)務(wù)需要而不是國家邊界管理空域，航空公司可以有更多的機(jī)會去選擇更具經(jīng)濟(jì)性的飛行路線，預(yù)期可降低3.5%（從歐洲出發(fā)的洲際航班）到7.1%（歐洲區(qū)域內(nèi)航班）的碳排放。但想要各國政府在空域組織方面作出必要的政治妥協(xié)并不容易，對于歐盟外的國家來說則更加困難。此外，合理正確的機(jī)場地面作業(yè)也能在節(jié)約燃料上發(fā)揮一定的作用，將一臺或者更多發(fā)動機(jī)關(guān)閉可以使得起飛和著陸滑行階段油耗降低20%～40%，而類似的引入基于地面電力系統(tǒng)的拖曳系統(tǒng)、減少輔助動力裝置（APU）的使用同樣可帶來0.3%左右的節(jié)能潛力?？偟膩砜矗纳瓶罩薪煌ü芾砩婕暗椒椒矫婷娴膬?nèi)容，而為了讓這些零碎繁多的舉措真正起到減少CO2排放的效果，各國政府、航空公司、飛機(jī)/發(fā)動機(jī)制造商、空中導(dǎo)航服務(wù)商、機(jī)場運(yùn)營商以及地勤代理商之間的協(xié)作配合至關(guān)重要。

實施經(jīng)濟(jì)刺激政策對應(yīng)的CO2減排預(yù)期

實施經(jīng)濟(jì)刺激政策對應(yīng)的CO2減排預(yù)期

《目標(biāo)2050》發(fā)展愿景

根據(jù)《目標(biāo)2050》的戰(zhàn)略預(yù)期，到2030年“歐盟+”地區(qū)航班的CO2排放量為1.13億t，較假設(shè)的參考情景（航班量和客運(yùn)量年化增長率分別為1.4%和2.0%，CO2排放量每年增加1.6%）減少45%，且其中超過88%的排放是由飛往“歐盟+”地區(qū)以外目的地的航班產(chǎn)生的。飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)的改進(jìn)使得CO2減排了1400萬t（7%），由于更多革命性的技術(shù)（特別是氫動力）是在2030年后才能成熟并進(jìn)入市場，因此在未來10年周期內(nèi)其對民航減排貢獻(xiàn)較為有限。同期的可持續(xù)航空燃料可能仍會面臨較大的產(chǎn)能問題，預(yù)計在2030年CO2的減排量約為700萬t（3%），當(dāng)然這一數(shù)字較目前水平也是一個巨大的進(jìn)步。2030年時大部分改善空中交通管理的措施都已經(jīng)實施或者至少部分實施，相應(yīng)帶來1100萬t（5%）的碳減排收益，而各種經(jīng)濟(jì)刺激政策有望降低CO2排放量5500萬t（27%），成為了對“歐盟+”地區(qū)內(nèi)部和離境航班減排最重要的渠道。當(dāng)然也要注意到，SAF和經(jīng)濟(jì)刺激政策必然導(dǎo)致航空公司成本上升，最終的結(jié)果是機(jī)票價格上漲從而抑制了民航需求。這種負(fù)面影響也會使CO2排放量減少700萬t（3%）。

2030—2050年，伴隨著民航運(yùn)營成本的進(jìn)一步提高，因需求影響減少的CO2排放量達(dá)到了4300萬t（15%）。在各種可持續(xù)發(fā)展措施中，飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)的改進(jìn)產(chǎn)生了最大的減排效果，常規(guī)動力（含混合電推進(jìn)）和氫動力分別貢獻(xiàn)了5100萬t和6000萬t。得益于各種生產(chǎn)工藝的升級，SAF的用量接近航空煤油的5倍，與參考情景相比減少了34%的CO2排放?？紤]到“歐盟+”地區(qū)內(nèi)部航班以氫能為主，SAF主要用于“歐盟+”地區(qū)以外的洲際飛行。改善空中交通管理也能夠減少1800萬t的CO2排放，其占比從2030年的5%增加到2050年的6%。在這一時期經(jīng)濟(jì)刺激政策主要應(yīng)用到了“歐盟+”地區(qū)以外的洲際航班，對應(yīng)的CO2減排量為2200萬t。最終在《目標(biāo)2050》戰(zhàn)略構(gòu)想下，2050年的減排總量達(dá)到2.93億t，在“歐盟+”區(qū)域內(nèi)和離境的所有航班均實現(xiàn)了CO2凈零排放。

為了真正實現(xiàn)《目標(biāo)2050》發(fā)展愿景，整個歐洲航空運(yùn)輸生態(tài)系統(tǒng)必須果斷一致共同行動。航空業(yè)應(yīng)持之以恒地在航空低碳化發(fā)展領(lǐng)域投資布局，在開發(fā)更高效的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)產(chǎn)品、通過不斷更新機(jī)隊使其盡快投入運(yùn)營的同時，發(fā)力氫動力和混合動力飛機(jī)及相關(guān)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并擴(kuò)大SAF的生產(chǎn)和使用、持續(xù)優(yōu)化空中交通管理。各國政府也應(yīng)出臺相關(guān)政策加大對創(chuàng)新型脫碳技術(shù)的資助力度，降低航空業(yè)在新技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的投資風(fēng)險，支持SAF產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并推進(jìn)以“歐洲單一天空”為代表的開放空域政策。

《目標(biāo)2050》評述

《目標(biāo)2050》既突出了未來航空業(yè)低碳發(fā)展愿景的重要性與迫切性，也表現(xiàn)出了航空裝備制造商、航空公司、機(jī)場運(yùn)營商和空中導(dǎo)航服務(wù)商各個利益攸關(guān)方之間的協(xié)作承諾。

以2030年和2050年為主要時間節(jié)點(diǎn)，《目標(biāo)2050》中的凈零排放發(fā)展路線延續(xù)了歐洲在應(yīng)對氣候變化時一貫的宏大激進(jìn)的思路，而這種思路能在多大程度上被歐洲以外的國家、特別是發(fā)展中國家所接受仍然存在著很大的未知。預(yù)計2022年ICAO將發(fā)布全球航空業(yè)脫碳發(fā)展目標(biāo)，從目前的情況看其與《目標(biāo)2050年》的一致性很難被過高期待。

《目標(biāo)2050》給出了實現(xiàn)凈零排放的4類主要措施，并對每一類措施下各種具體做法帶來的減排預(yù)期進(jìn)行了定量分析。中短期內(nèi)可能更多地要依賴經(jīng)濟(jì)刺激政策，碳排放配額價格會隨著技術(shù)的進(jìn)步與時間的推移而逐漸增加，最終使得脫碳項目會具備足夠的經(jīng)濟(jì)吸引力，這樣到2050年任何剩余的排放量都可以通過碳吸存、碳捕獲和碳儲存加以平衡。

從長遠(yuǎn)看，飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)革新更能夠在提升效率上發(fā)揮主導(dǎo)作用，特別是瞄準(zhǔn)歐洲內(nèi)部航線的氫動力飛行被《目標(biāo)2050》寄予厚望。然而到了2021年6月，曾經(jīng)發(fā)布多個氫動力概念的空客公司卻表示尚未決定第一架零排放飛機(jī)將瞄準(zhǔn)哪個細(xì)分市場，從 2035 年起氫動力將主要應(yīng)用于支線和短途飛機(jī)。未來航空技術(shù)發(fā)展大趨勢到底在哪，至少目前還沒有一個確切的結(jié)論。

各種減排措施帶來了航空公司運(yùn)營成本上升的問題，這必然會以票價的形式轉(zhuǎn)嫁給旅客，《目標(biāo)2050》認(rèn)為到2050年前客運(yùn)量年化增速大概會下降30%左右。盡管這已經(jīng)是一個非常積極樂觀的數(shù)字，但對于后疫情時代亟待恢復(fù)的航空業(yè)來說可能難以承受。顯然，如何將市場發(fā)展與環(huán)境保護(hù)更好地統(tǒng)一起來，仍然有很多工作需要做。

結(jié)束語

2021年3月中央財經(jīng)委員會第九次會議強(qiáng)調(diào)，“我國力求2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的嚴(yán)峻戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。根據(jù)國家戰(zhàn)略部署，針對行業(yè)特點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)，我國航空業(yè)應(yīng)盡早謀篇布局，統(tǒng)一規(guī)劃，制定符合中國航空業(yè)發(fā)展的碳排放指導(dǎo)方針。無論是統(tǒng)籌碳市場機(jī)制、完善綠色航空配套法規(guī)，還是推動SAF與飛機(jī)發(fā)動機(jī)新技術(shù)發(fā)展，還是加速出臺關(guān)于能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整的指導(dǎo)意見，歐洲航空業(yè)《目標(biāo)2050》的凈零排放發(fā)展戰(zhàn)略都是一個很好的參考借鑒。從相對減排到絕對減排，再到零排放，這將是推動我國傳統(tǒng)航空業(yè)轉(zhuǎn)型升級、從新的方向?qū)崿F(xiàn)彎道超車的一個難得的歷史機(jī)遇。