航空业该如何实现减排目标？

作者：Anaïs Marechal

编辑：Meister Xia

导读：

随着全球范围内节能减碳浪潮的兴起，航空业也踏上了节能减排之路。国际能源署报告显示，航空运输业2019年的总碳排放量占全球交通运输行业碳排放量的10%，占全球碳排放总量约2%。虽然不是碳排放大户，但航空业却是降碳“困难户”。法国国立高等航空航天学院研究人员运用创新建模手段进行量化评估，提出了脱碳新思路。本期为“航空业的节能减排”系列，带您了解航空业该如何实现减排目标。

一览：

航空业占全球二氧化碳排放总量的2.6%，减碳需求迫切。

提升能源效率和使用低碳燃料是航空业减排的两大抓手。

推广新型航空燃料是最有潜力的脱碳手段，但受制于燃料的可获性。

减少非二氧化碳气体的排放也是有力的减排手段，但非二氧化碳气体对气候的影响是短期的，二氧化碳造成的气候变暖却是长期的。

除排放外，航空业的其他环境问题也应得到重视，人类航空活动是否过度频繁等社会经济问题也值得反思。

航空业如何实现巴黎协定目标？法国国立高等航空航天学院2021年末发布报告，提出了几项颇具潜力的脱碳方向。科学家运用创新建模手段进行量化评估，提出脱碳新思路。鉴于商业航空在航空业整体碳足迹中占比较大，2018年占二氧化碳排放总量的88% [1]，所以该报告重点分析了客运及货运商业航空。

法国国立高等航空航天学院的研究有什么主要发现？

Jérôme Fontane：航空业二氧化碳排放占全球总量的2.6%，预计2019年到2050年航班数量年均增长将达3.1% [2]。照此趋势，即使迎来技术大变革，若不在某些方面做出让步，2100年以前的全球气温升高不可能限制在1.5摄氏度以内。要控制温升，要么限制航班增长速度，要么增加全球碳预算中留给航空业的比例，甚至可能需要双管齐下。

“即使迎来技术大变革，若不在某些方面做出让步，2100年以前的全球气温升高不可能限制在1.5摄氏度以内。”

如果将温升目标设为2摄氏度以内，则情况会有些不同。我们的模型显示，有一种情况可以既不减少航班数量，又保持航空业的全球碳预算占比不变：燃料效率技术取得重大突破，且低碳燃料在所有航班中全面推广，实现大幅减碳。

你提到了报告中很重要的一点——碳预算，能详细讲下吗？

Jérôme Fontane：我们的研究模型与以前的研究不同，从碳预算角度展开分析。政府间气候变化专门委员会（IPCC）认为，预测气候变化减缓轨迹，碳预算是关联性最强的科学指标。

图片来源：PI France

碳预算指的是达到碳中和以前，实现全球温控目标所能排放的最大二氧化碳量。据我们计算，如要将温升控制在1.5摄氏度以内，则2020年到2050年全球碳预算的中位数为380Gt（1Gt=10亿吨二氧化碳排放） [3]，即这30年里二氧化碳净排放不能超过380Gt。如温升目标是2摄氏度以内，全球碳预算中位数则上升至860Gt。

这些数据对航空业来说意味着什么？

Thomas Planès：航空业排放占全球总人为排放量的 2.6%。照此趋势，在2050年以前，航空业碳预算必须控制在10-22.8Gt之间（分别对应1.5摄氏度与2摄氏度以内温控目标）。

为什么无论哪种假设情况下，飞机减碳率都是最主要的减排因素之一？

Thomas Planès：航空业在提升燃料效率、优化载重量等方面已经取得了大幅进步。但飞机使用的燃料一直是航空煤油，从未变过。目前，使用新燃料是一大减排手段。电、氢、人造燃料（电燃料或生物燃料）等各种新能源技术成熟程度不一。2018年，新燃料仅占全球航空业燃料总用量的0.004%，且几乎全是生物燃料。

使用替代燃料现实吗？

Jérôme Fontane：不同情况下，使用新燃料的最终减碳率低可低至0%，高可高至75%，实际数值可能介于两个极端之间。但即使最乐观情况下，新型燃料的可获性也是个大问题。我们初步估计，2050年能源需求大部分来自航空业。若航空业大幅减碳，则要大量增加新能源的使用，从而减少其他行业的供应。

“提升能源效率，也是重要的脱碳手段。”

Thomas Planès：提升能源效率也是重要的脱碳手段。有些方面能源效率提升是逐步的，如飞机外形、推力、重量方面的优化。有一些提升是爆发式的，如全新的机型设计。我们所预测的技术突破都是可实现的，难点在于推广。大幅减少碳排放，不能仅靠技术突破本身，还取决于新技术部署的速度以及飞机更新换代的速度，而这两点都受飞机制造商产能的限制。我们预测，机型升级可以使能源效率年均提升1-1.5%。

报告仅考虑了二氧化然排放。但你们也指出了非二氧化碳排放的影响，占到航空业气候影响的三分之二。

Thomas Planès：只有二氧化碳排放可以通过碳预算这一可靠工具测量。现在二氧化碳排放计算很精确，而非二氧化碳排放对全球变暖的影响却仍难以明确。但因为非二氧化碳排放在气候问题中的重要性，我们也开展了相关假设研究，将非二氧化碳排放换算成二氧化碳排放当量，纳入碳预算。如果通过改变航线或升级引擎减少所有类型排放，2050年以前航空业气候影响可能缩小三倍。非二氧化碳减排，积极效应显著，但非二氧化碳气体对气候的影响是短期的，长期来看，二氧化碳减排仍很重要。

航空业减碳，当下应从何入手？

Thomas Planès：从技术层面看，能源行业应努力加速新燃料转型。另外，加快机型的更新速度，也是可供当下立刻着手的切入点。

Jérôme Fontane：我们的研究表明各种因素都同样重要，必须多头并进。这份前景研究是航空业减碳领域的首篇学术报告，重点关注温室气体排放这一目前较为可靠的指标，但没有探讨脱碳过程中其他值得关注的方面，如航空业导致的土地使用变化、燃料可获性等环境层面问题，以及人类航空活动是否过度频繁等社会经济层面问题。

由Anaïs Marechal采访

参考资料：

1. Stefan Gössling and Andreas Humpe. The global scale, distribution and growth of aviation：Implications for climate change. Global Environmental Change, 65：102194, 2020

2. Air Transport Action Group, septembre 2021, Waypoint 2050

3. Based on the carbon budgets indicated in the IPCC 1.5°C Special Report

Jérôme Fontane

法国国立高等航空航天学院空气动力学、能量学、推力学系讲师

Thomas Planès

法国国立高等航空航天学院在读博士生

Anaïs Marechal

地理科学博士，科学记者

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