沈臻懿

近年來，我們常常會發(fā)現(xiàn)天氣情況反常，極端氣象災(zāi)害頻發(fā)。面對異常氣候，全球較以往更為關(guān)注環(huán)保的重要性。碳排放、碳中和、碳達峰等詞匯，早已為大家所熟知。面對《巴黎協(xié)定》各國為應(yīng)對全球氣候變化作出的“全球平均氣溫升幅控制在1.5℃以下”的承諾，航空業(yè)也在制定相應(yīng)的減排目標。2021年10月舉行的第77屆國際航空運輸協(xié)會（IATA）年會上，IATA各成員航司一致同意，全球航空運輸業(yè)到2050年實現(xiàn)凈零碳排放。

據(jù)IATA預(yù)計，至2050年全球民航運輸需求將達到每年100億人次。如航空業(yè)仍像今天這般飛行，至2050年，其將排放212億噸左右的二氧化碳。要完成凈零碳排放的目標，無疑是一項極為艱巨的任務(wù)。若僅僅依賴航司配置更先進飛機、更新機隊，或者植樹抵消等方式，幾乎無法實現(xiàn)。根據(jù)IATA判斷，若要在未來坐上“零排放”飛機出行，就需要在凈零碳排放方面實現(xiàn)多種方案多管齊下。這其中，可持續(xù)燃料技術(shù)、零碳能源技術(shù)、新飛機技術(shù)等新科技手段引人關(guān)注。

不同于現(xiàn)代汽車業(yè)飛速向新能源靠攏的趨勢，航空業(yè)在替代能源的尋找方面顯然難度更大。就當前的電池能量密度來說，即使是在全球范圍內(nèi)最大的民航客機——空客A380機艙中裝滿電池，其飛行距離依舊有限。因此，在“零排放”飛機成為航空業(yè)的絕對主力之前，全球多家飛機制造商也在積極研發(fā)各項新飛機技術(shù)來降低飛機油耗，并減少化石燃料的消耗。

飛機機翼的改進，能夠讓航空公司節(jié)省5%左右的燃料，并減少氮氧化物排放和飛機噪聲。通過主翼和小前翼等混合機翼的全新機身設(shè)計，可以大大挖掘新的推進技術(shù)的潛力。隨著混合機翼的介入，可利用整架飛機來產(chǎn)生升力，從而節(jié)省大量航油。與半個世紀前相比，現(xiàn)代客機機隊的整體燃油效率，整整提高了八成：諸如齒輪傳統(tǒng)渦扇發(fā)動機的設(shè)計持續(xù)優(yōu)化，將在未來的20年間進一步將燃油效率提升15%至25%。

此外，有研發(fā)團隊還提出了混合電力的概念。若將其與混合機翼等新機身技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，最多可減少40%的二氧化碳排量。在此基礎(chǔ)上，全電動飛機也是新飛機技術(shù)研發(fā)的新方向。盡管全電動飛機在橫跨太平洋等長途飛行中可能“力不從心”，但其具備完全消除二氧化碳排放的特點，使其在短途飛行中有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢。挪威就制定了一項目標，至2040年，實現(xiàn)其國內(nèi)和短途航班的電力驅(qū)動。

說起“地溝油”，想必大部分人立馬想到的就是其棕黑酸臭、流向餐桌的“惡名”。但“地溝油”一旦“喂入”飛機，就會變廢為寶。2021年，有超過50家航空公司和能源企業(yè)發(fā)布聯(lián)合聲明，將在2030年使用可持續(xù)航空燃油（SAF）來替代10%的航空用油。

普通的航空煤油，都是從石油中提煉出來的。但SAF的來源，主要取自于回收的食物用油和動植物廢油脂，也就是俗稱的“地溝油”。與航空煤油相比，由“地溝油”變身的生物航煤可以降低80%的碳排量，且依然能夠保證飛機在飛行過程中的充足動力。加注了生物航煤（生物航空煤油）的客機即使達到萬米以上的飛行高度，仍然可以極為平穩(wěn)與良好地運行。同時，這一新型生物航煤還具有可持續(xù)性、可再生性特點，有著顯著的環(huán)保優(yōu)勢。SAF的原料不會導(dǎo)致森林退化，亦不會與水供應(yīng)或糧食作物相競爭。

面對棕黑酸臭的“地溝油”，首先需要運用專業(yè)的吸附劑將其中的食物殘渣、菜葉等雜質(zhì)去除，再運用分子篩、無機硅藻土等，去掉“地溝油”中的膠質(zhì)。此時，原本棕黑色的“地溝油”已較為清澈，但酸臭味仍然殘留。這就需要通過酯化反應(yīng)，讓“地溝油”成為較為純凈的甘油酯后，再通過酯交換反應(yīng)，使甘油酯變成甲酯。最后，經(jīng)過蒸餾并加入適量穩(wěn)定劑，就可得到合格的生物柴油。但這一生物柴油并不能直接用作航空燃油。一方面，生物柴油和航空燃油在諸多物理化學(xué)性質(zhì)上還存在差異;另一方面，為了提升防冰性和抗爆性，航空燃油中需要加入各種添加劑。為此，還需要在高溫條件下，對生物柴油進行加氫、裂化等處理，形成以碳氫為主，且不含氧的生物航煤。

值得一提的是，大規(guī)模使用生物航煤的設(shè)想還為時尚早。就近階段而言，生物航煤大多和標準航空煤油混合使用。大規(guī)模推廣生物航煤的最大阻力，實為產(chǎn)量和成本問題。據(jù)統(tǒng)計，SAF的價格是傳統(tǒng)航空煤油的2.5至3倍。一旦大規(guī)模使用生物航煤，機票價格亦將隨之上揚。但隨著降低成本新技術(shù)的不斷研發(fā)，“地溝油”將成為航天業(yè)不可或缺的香餑餑。

為了實現(xiàn)從減少碳排放量，到完全“零排放”的升級，航空運輸業(yè)將其目光投向了氫能的利用。近期，全球飛機制造巨頭空中客車公布了全球首款民用“零排放”飛機（ZEROe）的三種概念機型，并計劃于2035年正式投產(chǎn)使用。這三種“零排放”概念飛機都依賴于氫能作為動力來源。高能量密度的特性，使得氫能夠在同等重量下，產(chǎn)生極高的能量，故而被譽為“為航空業(yè)而生的能源”。然而，氫氣在單位體積下密度極低，故唯有經(jīng)過低溫液化后方可被搭載于飛機上使用。即便如此，儲氫罐的體積仍會大于化石燃料儲罐，且零下253℃的存儲條件，要求具備更大的燃料儲罐和對飛機燃料系統(tǒng)進行根本性改變的技術(shù)更新。不過，空中客車方面相信，氫能作為一種清潔的航空燃料有著理想的運用前景，有可能成為航空業(yè)實現(xiàn)氣候中性目標的解決方案。

空中客車目標在2035年量產(chǎn)的這三種“零排放”概念飛機，有兩種基于傳統(tǒng)外觀的飛機概念。第一種概念機為“渦輪風(fēng)扇噴氣概念機”。根據(jù)設(shè)計，這一“零排放”飛機的載客人數(shù)在120—200名，最大航程超過2000海里（約合3700公里）。這就使得“渦輪風(fēng)扇噴氣概念機”具有了跨越大陸間飛行的能力。相較于當前的民航客機，“渦輪風(fēng)扇噴氣概念機”使用改進的燃氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動機來提供動力。該發(fā)動機“喝氫”不“喝油”，作為燃料的液氫通過位于后部壓力隔板后側(cè)的儲罐進行存儲和分配。氫在燃燒后能推動飛行，并實現(xiàn)凈零碳排放。

第二種概念機則為“渦輪螺旋槳概念機”。與“渦輪風(fēng)扇噴氣概念機”定位不同的是，“渦輪螺旋槳概念機”主打短途飛行。其利用螺旋槳發(fā)動機來替代渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，并通過改進的飛機燃料系統(tǒng)技術(shù)用氫能提供動力。“渦輪螺旋槳概念機”的設(shè)計載客人數(shù)為100名，可持續(xù)飛行1000海里（約合1850公里）以上，可謂短途航行的不二選擇。

有別于“渦輪風(fēng)扇噴氣概念機”和“渦輪螺旋槳概念機”，空中客車設(shè)計的第三種“零排放”概念飛機，從外觀上就更具未來玄幻色彩。該機型稱之為“混合翼體概念機”，飛機機翼與機身主體進行了合并，超寬機身不僅可以為艙室格局和氫能的存儲、分配提供更為多元化的選擇，其設(shè)計搭載乘客的人數(shù)更可達到200名，并擁有2000海里（約合3700公里）的續(xù)航飛行里程。為了應(yīng)對“零排放”飛機技術(shù)問世帶來的全新挑戰(zhàn)，機場還需要配置和更新大量的氫能運輸和加氫設(shè)備來滿足未來運營的需要。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com