分享:

民航运输:减碳不易 多方助力

2022-10-11 14:00 中国航空报 钟旖

中国航空报讯:近年来,减碳已成为全球共识。2016年,国际民航组织通过了国际航空碳抵消和减排计划;国际航空运输协会在2021年第77届年会上,批准了全球航空运输业于2050年实现净零碳排放的决议。为实现航空领域的节能降碳及可持续发展,国际民航组织提出改善空中交通管理和运行、发展可持续航空燃料等措施。2020年9月22日,中国国家主席习近平在第75届联合国大会上作出了“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的庄严承诺。

然而,相较于汽车、高铁,民航领域极高的投资成本、较长的研发应用周期以及超高的安全性要求,使其成为最难实现近零排放的领域。

实现民航“零排放”并不容易

对民航来说,碳减排既是时代要求,也是一个提升新技术应用和航空安全的好时机,民航可以在新技术、新产品应用,特别是通过数字化技术改进,打造智慧民航、绿色民航,使飞机能够更加高效、安全地运行。但是也必须看到,在碳减排实现路径上仍存在一定的阻碍:

过去40年,随着涡轮发动机技术的不断提高,飞机燃油效率已经处于较高水平。中国民航运输能源强度近20年来也持续下降,2020年吨千米油耗为0.316千克,相比2005年吨千米油耗降幅达7.1%,靠提高燃油效率实现减排目标的操作空间已经很小。

同时,中国航空公司的机型较新,机龄较短,平均机龄仅为6年,行业整体燃油效率已高于欧美发达国家,通过改善机型进行减排的潜力也很小。航空公司也在努力提高运行效率,通过优化航路航线、减少非直线飞行距离来减少碳排放,但受限于空域管制,一般难以实现最佳航线、最佳飞行高度和飞行速度。

需明确的是,民航业的碳排放主要来自三个部分:飞机运行使用的燃油、民航生产过程中产生的地面排放和相关的电力等。对于航空飞行来说,除了正常完成飞行任务所消耗的燃料之外,为了确保飞机飞行万无一失,飞机燃料需要有大量的备份。根据法国巴黎银行的研究数据显示,飞机航空燃油燃烧的碳排放量占民航碳排放总量的79%,因此减少航油碳排放成了民航碳减排的关键问题。

技术转化还是燃料升级?

针对这一问题,目前研究较多的主要集中在能源低碳化转型的技术以及航空燃料的选择这两方面。

在能源低碳化转型的过程中,目前较受关注的领域就是电动飞机。罗兰贝格(Roland Berger)咨询公司统计数据显示,截至2019年底全球共有超过240个在研电动飞机项目。罗尔斯·罗伊斯(RollsRoyce,罗罗)公司和意大利泰克南(Tecnam)公司正在合作研制电动支线飞机,采用全电推进系统,将从2026年开始运营。中国在电动飞机领域也开展了产品研发工作。辽宁通用航空研究院RX1E双座电动飞机、RX1E-A增程型双座电动飞机已经取得适航证并进入市场,目前正在进行电动四座和水上飞机的研制工作。

但梳理飞机低碳混合动力和电动化各个关键环节可以发现,飞机要实现低碳高效的绿色发展目标,需要从以下5个方面来进行突破:飞机和推进系统的概念和架构设计技术;高功率密度电机(发电机和电动机)技术;高能量密度能量储存技术;电力电子及控制技术;飞行重量、动力系统架构和模拟试验;飞行测试的广阔区域等。任何一项都需经历各种大规模和大功率的严格试验和测试,以排除可能存在的安全问题。

其次是航空燃料的选择问题上,可持续航空燃料主要包括生物燃料与合成燃料。可持续航空燃料是传统航空煤油的低碳替代品,其原料为可持续有机原料或可再生能源、水和二氧化碳。与传统航空煤油相比,可持续航空燃料全生命周期中的碳排放量仅为20%~40%,可直接用于任何类型的飞机,且没有设备改造等限制。

左图将生物/合成燃料、氢能内燃机、氢燃料电池和电池电能的优缺点进行了比较。

由此可以看出,每个方案都有各自的优缺点,实现航空能源转型采用哪一个方案,根据航空的不同应用特点来选择,大飞机和小飞机、商用飞机和民用飞机的适用方案各有不同。目前,中国以植物油为原料生产的生物航空燃料在经济性上距离大规模应用还有较大空间;以粮食为原料的第一代生物质燃料在中国国情下不利于粮食安全;以地沟油为原料的生物航空燃料存在收集成本高、量产不足等问题,且多种原料、多种转化工艺造成的高昂工艺成本也极大限制了可持续航空燃料的大规模商业化发展。2022年2月,东华能源股份有限公司引进霍尼韦尔UOP先进工艺技术,将废弃油脂转化为可持续航空燃料,在茂名建设年产量达100万吨的可持续航空燃料生产基地,拟实现商业化规模化生产,首套装置将于2023年投产,这为中国早日实现可持续航空燃料推广应用、降低民航用能碳排放打下了良好基础。

民航低碳发展趋势

综合而言,考虑到中国人均航空出行人次仅为发达国家的1/4,快捷方便的民航客运依然会是商务人士或高收入群体的重要选择,民航运输需求增长将进一步推高民航油品需求与碳排放量,2030年之前中国航空煤油需求还将稳定持续增长。

但与此同时,在“双碳”目标愿景下,民航客运的生物航煤与低碳或无碳燃料在2030年以后会逐步发展,预计航空煤油需求将在2030年左右达到峰值,年度需求量大约为5100万吨,届时民航碳排放也达到峰值。此后新增需求将会被零碳燃料替代,如果届时电动飞机或氢动力飞机综合成本有了较大幅度下降,也形成了国际通用的生物航煤标准,2060年中国民航领域生物燃料、氢能以及电力需求将分别达到1500万吨标油、1200万吨标油以及600万吨标油,航空煤油消费基本归零,民航部门实现近零排放。

同时,通过智慧民航建设,将大数据、互联网、物联网、云计算、人工智能等技术与现有技术深度融合,充分发挥运营操作改进措施在中短期碳减排的潜力,持续挖掘基础设施提升的潜能。根据中国民航局目前的统计,仅2020年,共有28.97万架次航班通过航路优化,节省燃油消耗6.65万吨,减少二氧化碳排放约20.95万吨。

“智慧+系统”助力低碳起飞

“双碳”背景下的智慧民航产业化是一项系统性工程,具有产业链长、涉及面广的特点,不仅涉及民航发展的全领域、全主体、全要素、全周期,而且与民航的上下游产业、与其他行业紧密相关,更是与数字经济、先进制造、绿色产业等深度融合。因此,需要多行业跨界融合,赋能智慧民航碳减排产业化,强化创新主体力量,深化产业交流合作,加强成果推广应用,完善成果转化途径,最终做到“低碳”起飞。

责任编辑:intern