我们可以实现零净排放并且仍在飞行吗?

随着航空业的发展,技术进步真的可以帮助我们实现净零排放吗?
2019-11-24 09:30

当您想到典型的英国事物时,您可能不会立即将“飞行”归为这一类,但您应该这样做。我们英国人不仅仅喜欢飞行,我们喜欢它。

国际航空运输协会(IATA)的数据显示,去年飞往国外的英国人数量超过任何其他国籍的人。每十个航空乘客中大约就有一个是英国人。英国人在2018年跃上天空1.262亿次,击败美国人和中国人,获得第二和第三名。不用说,这是以环境为代价的。

仅去年一年,英国航空业就向大气中排放了3700万吨二氧化碳(CO2)。这大约是全球航空业在2018年排放的9.18亿吨中的4%。而且这是一个上升趋势。航空业目前正以每年4%至5%的速度增长,以这种速度,每15-20年的旅客人数将翻一番。

“在过去的20-25年中,英国的航空二氧化碳排放量翻了一番,而且预计未来还会增长。” 航空环境联合会的主席蒂姆·约翰逊(Tim Johnson)说。排放,主要是英国机场周围。

这给航空业造成了严重的问题,特别是自2019年6月以来,英国政府签署了一项法律,承诺到2050年使英国成为“净零”温室气体排放国。“零净”意味着任何温室仍然需要以某种方式抵消仍然使用的气体。计划包括购买和保护世界上部分热带雨林或在世界某个地方种植新树木,或者采用更先进的技术从字面上将二氧化碳排放出去。

目前,航空约占世界二氧化碳排放量的2.5%。这个百分比似乎很小,但是随着航空旅行的预期增长以及其他行业向绿色运营的推动,这一比例可能会显着增加。因此,该行业正在寻求技术和工程来帮助使飞机更加环保。最重要的是电动发动机。

劳斯莱斯(Rolls-Royce)与空中客车公司(Airbus)合作生产的空中客车E-Fan X是一款电动混合动力测试飞机,具有一台电动和三台煤油发动机。
劳斯莱斯(Rolls-Royce)与空中客车公司(Airbus)合作生产的空中客车E-Fan X是一款电动混合动力测试飞机,具有一台电动和三台煤油发动机。该计划是要开发一种可在2030年代投入使用的100人座的电动混合短途飞机。 照片:空中客车SAS

飞机的电动发动机有两种形式。与其电动汽车类似,它还有混合动力发动机,该发动机仍会燃烧燃料,但在适当的时候可以切换为电池动力,还有一些完全电动的发动机可以从电池中获取所有动力。

对于罗尔斯· 罗伊斯电气公司董事罗伯·沃森来说,转向电动发动机是一场革命,它将带来一个不仅可持续发展的行业,而且将迎来一个全新的飞行时代。

他说:“现在,我们周围正在出现航空航天的第三个时代,它是由电气化推动的。” “从我们的角度来看,这对于我们帮助开拓第三个时代是一个非常令人兴奋的机会。”

沃森认为,这些飞行时代是由可用的发动机技术驱动的。首先是驱动螺旋桨的活塞式发动机,然后是喷气发动机,现在的电动发动机有望节省运营成本和环境影响。

沃森说:“我们决心发挥您希望拥有罗尔斯·罗伊斯的工程血统书的公司的作用。”

为此,罗尔斯·罗伊斯公司与空中客车公司和西门子合作开发了E-Fan X ,这是一系列混合电动示范飞机中的最新机型。继2015年成功在英吉利海峡上空飞行的两座全电动飞机E-Fan成功飞行之后,E-Fan X项目获得了政府最后承诺在该领域投资的2.55亿英镑中的很大一部分年,并计划于2021年开始试飞。

这次,该公司正在将基于BAE 146设计的小型通勤飞机取代全电动个人飞机,而不是混合动力电动飞机。飞机上的四个引擎之一将被耗尽电池的电动引擎所取代。

空中客车公司零排放技术副总裁Glenn Llewellyn表示:“这将成为我们飞行中功率最高的混合动力电动飞机。”此后,Llewellyn设想再增加一架测试飞机,以展示所有发动机的完全电气化,然后该飞机可以投入使用。

“我们到2030年代初的目标是拥有零二氧化碳排放飞机。这意味着完全消除每位乘客的二氧化碳排放量。” Llewellyn说。为此,他解释说,存储在电池中的电能将来自可再生能源,例如太阳能电池板和风力涡轮机。

如果一切都按计划进行,那么第一次全电动飞行很可能是小型的,环岛飞行,然后是国内飞行,然后是短途飞行。但是,除非电池可以容纳的电荷量取得重大突破,否则电池将太重且占用太多空间,无法进行长途飞行。

底线很明确:无论您采用哪种方法,长途飞行都必须使用传统的燃油发动机。但这并不意味着他们将需要使用传统的化石燃料煤油。航空公司正在开发和测试Sass –可持续的航空燃料。

美国航空航天局的全电动X-57 Maxwell
美国国家航空航天局(Nasa)的全电动X-57 Maxwell用14台电动机取代了内燃机。计划于2020年进行首次试飞。 摄影:Nasa

几年前,当行业开始研究这些燃料时,最初认为它们将是从作物或植物中提取的生物燃料,例如棕榈油。然而,当地农民的诱惑是砍伐热带雨林来种植棕榈树以出售给燃料公司,这使航空公司迅速撤离了那条航线。取而代之的是,英国航空公司(British Airways)和许多其他航空公司正在转向我们每天做得太多的事情:垃圾。

通过化学处理该垃圾产生的燃料是人造煤油。目前的法规允许将其与化石煤油以50/50的比例混合。这种变化不太可能改变,因为化石煤油中含有自然产生的化学物质,这些化学物质会导致喷气发动机上的橡胶密封圈膨胀,使其变紧。发动机制造商依靠此过程来确保发动机安全。人工煤油不含相同数量的这些特殊分子,因此不能仅在当前发动机中使用。

即使他们能做到,蒂姆·约翰逊也怀疑萨夫斯能否带来真正的改变。去年,飞机上使用了700万 汽油 。他说:“按体积计算,这听起来很合理,但足以为全球航空业提供10分钟的动力,因此,就扩大Safs规模而言,距离实现这一目标还有很长的路要走。”

此外,它们的价格是普通煤油的两倍-航空公司可能不得不将这一成本转嫁给乘客。

航空公司和飞机设计师还可以采取其他措施来提高碳效率。更加有效的空中交通管制可以防止飞机绕道行驶,以避免拥挤的空中通道。更好的机翼设计可以减少飞机的阻力。更好的碳纤维制造技术可以使机身更轻。航空公司总是可以争取更多席位。所有这些都可以提供很小的百分比提高,这将有助于实现2050年的目标。

然而,这仍然是一个巨大的挑战,但存在很多风险。诸如电动发动机或可持续航空燃料之类的任何一项提议的在线技术出现延误,都可能使达到该法律要求的净零碳排放的任何希望如鱼得水。到20世纪90年代。在当前轨迹上无法达到目标,行业和使用它的人可能不得不忍受一些真正的痛苦。

困境的根源在于,航空公司的利润率非常低,通过量来赚钱。这意味着该行业的增长必不可少,但是这种增长是阻止环境影响的主要障碍。目前,技术创新每年可节省1%的碳效率,但行业每年以4-5%的速度增长则完全超出了这一水平。

约翰逊说,不幸的是,碳补偿计划仅是一种临时解决方案。这些计划依靠某种形式的保存或种植树木,但是随着2050年截止日期的临近,我们传统上用于碳补偿的所有国家(例如印度,中国和南美其他国家)将需要这些公顷的土地来抵消自己的土地碳排放量上升。

约翰逊说:“这是我们实现环境目标的根本障碍。” “如果就飞行人员而言,这个行业是静止的,那么我们所讨论的所有改进将是每年对该行业的改进。”

Eviation爱丽丝原型
Eviation爱丽丝在今年的巴黎航展上亮相。以色列制造商声称这是“世界上第一架全电动通勤飞机”。 照片:爱丽丝梦游仙境

但事实并非如此。约翰逊认为,这仅意味着一件事:限制航空旅行的需求。越来越多的人开始与自己交谈。瑞典的“ flygskam”或“飞行耻辱”概念于今年进入词典。瑞士银行瑞银(UBS)对美国,德国,法国和英国的6,000人进行了调查,发现有21%的受访者表示他们已经减少了过去12个月内乘坐的航班数量。

2014年对1,000名英国居民的调查显示,只有15%的英国人 为70%的航班负责 ,这导致需要收取常旅客税能源转型委员会 (ETC)也提出了某种碳定价方案,这是一个致力于为低碳未来制定方法的国际组织。在这样的计划下,碳的价格可能高达每吨200英镑,并且每张机票都会按比例增加出资额。

即使西方国家的乘客确实更加谨慎地考虑飞行,并且机票价格上涨进一步阻止了他们,但印度和中国等发展中经济体需求的增长可能会抵消乘客数量的减少。这意味着在全球范围内,我们飞行的人数仍将上升,这意味着到2050年实现净零排放,航空公司可能必须扩展到碳捕集市场,开发商业技术以将CO2排放到大气中。

确实存在这种技术,但是它们是用于使潜艇和航天器保持空气呼吸的小型设备。要将这些规模扩大到能够产生全球影响力的水平,将需要对绿色创业公司进行大量投资,并可能需要政府的激励措施。延迟对该技术的投资几乎肯定意味着必须在2050年前放弃净零碳排放,或者采取严厉的措施来限制未来十年的航空旅行,无论对航空业造成何种经济损失。

约翰逊说,在航空和环境方面,可以肯定的是。 “关于如何实现净零目标,我们将不得不进行艰难的对话。”