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英国提出到2050年实现航空净零排放的举措和路径

发布时间:2021-09-27 13:08:02
新闻来源:航空工业发展中心 程文旺
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发布时间:21/09/27 13:08
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新闻来源:航空工业发展中心 程文旺

       2021年7月14日,英国运输部发布《净零航空战略》文件征求意见稿(以下简称《战略》),明确了到2050年实现航空净零排放的目标,概述了实现该目标所需采取的五大举措和可以选择的四种技术路径。该文件对英国绿色航空技术发展应用具有重要指导意义,将助力英国抢占绿色航空技术和产业制高点。


       一、《战略》提出航空实现净零排放的五大举措

       《战略》提出,实现航空净零排放目标需采取五大举措,即提高当前航空系统的效率、扩大可持续航空燃料使用规模、大力推进零排放飞行、实施碳排放交易计划和温室气体去除技术及引导消费者选择绿色飞行。

        1.提高当前航空系统效率

       《战略》提出,提高当前航空系统的效率可从三个方面着手:

       ①提高飞机效率。通过对发动机、机翼、结构等改进形成新机型(如A320neo),用它们淘汰旧机型,到2050年可减少约2000万吨二氧化碳排放。

       ②改进机场运营。使用单发乃至电动机滑行可以在当次飞行减少60%的二氧化碳排放量,机场车辆使用自动驾驶、使用电动拖车、合理安排负载、优化飞行航线也可降低二氧化碳排放。

       ③优化空域使用。着重优化繁忙机场排队降落情况,并重点关注燃料加注导致额外的二氧化碳排放量问题。《战略》认为,该举措对于短中期降低二氧化碳排放是最有效的。通过该举措,2050年前后投入使用的飞机与21世纪初开始服役的机型相比,燃油消耗可降低40%~50%。《战略》提出的政策建议包括英国所有机场到2040年实现零排放运营、减少不必要的燃料加注(由航空公司自愿达成协议)、排放受限机场收取停机费、依据各空域环境表现实行差别收费等。

        2.扩大可持续航空燃料使用规模

       《战略》认为,可持续航空燃料(SAF)可降低70%以上的二氧化碳排放量,配合温室气体去除技术可实现净零排放,且2050年时它将是长途航班的唯一替代方案。可持续航空燃料生产原料包括生物质(如食用油)、非生物废弃物(如不可回收的塑料、工业废弃化石气体)等,但生产成本通常是化石燃料的2~3倍,某些技术途径下甚至高达8倍。《战略》估计可持续航空燃料的减排成本为每减少1吨二氧化碳排放需付出200~600英镑,具体取决于燃料制备途径。由于英国政府有意逐步扩大可持续航空燃料的生产使用规模,《战略》提出的政策建议包括:持续协商可持续航空燃料的“可持续性”标准、加强多方合作、研究在公共服务航线使用此类燃料的可行性、2030年前评估确定此类燃料到2050年的发展路径等。

         3.大力推进零排放飞行

       《战略》提到,英国政府正广泛支持零排放飞机(ZEF)发展,比如英国航空技术研究所就安排了一系列项目。《战略》认为英国政府会继续支持通航领域零排放飞机技术的发展,以期在该领域率先引入零排放飞机。目前英国已经对外展示了很多小型电动飞机,预计未来十年氢电和全电飞机可投入支线及通航市场;但零排放飞机的运行取决于电池及液氢推进技术的不断进步。《战略》提出的政策建议包括2030年在英国境内实现零排放航线、研究在公共服务航线上使用零排放飞机的可行性;政府与工业界合作,支持在通航领域引入零排放飞机及相关技术。

        4.实施碳排放交易计划和温室气体去除技术

       《战略》提到,英国在2002年即启动欧洲第一个碳排放交易计划(2012年将航空纳入其中),并计划2021年下半年将其与净零排放进度协同考虑。该计划以市场为基础对二氧化碳排放定价,将鼓励企业投资绿色技术,但企业购买碳排放额度的成本可能会以机票价格上涨的形式转到消费者身上。此外,2050年仍将存在碳排放剩余量(航空业脱碳后的残留量),需考虑利用温室气体去除技术(GCR)抵消,但该技术存在不确定性,目前还没有任何商业应用。《战略》为此提出的政策建议包括继续推进碳排放定价计划、促进温室气体去除技术的发展,并支持有需要的国家实施以全球市场为基础的碳排放交易。

        5.引导消费者选择绿色飞行

      《战略》认为,上述举措可能会间接影响到航空出行需求,二氧化碳排放的成本会转嫁到消费者身上。但事实上英国政府最近也征询了航空旅客税(APD),以更好地完成航空减排目标。《战略》认为除了征税,还有其他一系列引导消费者选择绿色出行的措施,如提供不同航线或不同航空公司的选择、与民航局合作探讨在旅客订票时提供环境信息等,但要注意可能导致的恶性竞争。为此,《战略》提出的政策建议包括进一步探讨旅客订票时向其提供环境信息的影响、奖励在脱碳方面取得成效的航空部门等。


       二、《战略》分析了迈向净零排放目标的四种路径

       《战略》基于不同的技术途径设想了四种到2050年实现净零排放的路径,每种路径都是基于一定的假设(如到2050年旅客人数增加60%、每吨二氧化碳231英镑等),但都未考虑碳价格波动的影响;每种路径都与基线进行比较,该基线与当前没有任何显著进步,只考虑每年的效率改进。四种路径详情如下。

        1.路径1:保持当前趋势

       这种情况代表英国航空业当前发展趋势,在燃油效率提升(每年1.5%)、可持续航空燃料(2050年占航空燃料使用总量的5%)和零排放技术(因没有引进零排放飞机)均无明显突破,结果是到2050年仍有3600万吨左右的二氧化碳排放剩余量。《战略》认为,保持当前趋势的路径虽易实现,但排放剩余量大,需有效降低温室气体去除技术成本,存在不确定性和挑战;假设到2050年所有航班适用同一碳价、效率提高依赖于航司对新飞机的投资,显然不合理。

        2.路径2:决心改进

       这种路径在燃油效率提升(每年2%)、可持续航空燃料(2050年占航空燃料使用总量的30%)和零排放技术(零排放飞机2035年开始部署,2050年占比达到21%)方面有明显的进展,结果是到2050年二氧化碳排放剩余量降至2100万吨。《战略》认为,该路径的实现也面临一些挑战,如须优先部署生物质并兼顾其它形式的可持续航空燃料、达到如此高的燃油效率需航司持续投资、在2035年引入零排放飞机需首先取得电池及氢动力技术进步等。基于此路径,《战略》描绘了2025-2050年碳减排轨迹(以净排放量衡量):2030年为2300万~3200万吨;2040年为1200万~1900万吨;2050年为0吨。

        3.路径3:可持续航空燃料取得重大进展

       这种路径中的碳价格高于前面两种(每吨二氧化碳价格由231英镑增至346英镑),燃油效率提升保持2%,可持续航空燃料占比增至75%,零排放飞机占比仍为21%,结果是碳排放总量下降50%(四种路径中最大的),到2050年仅剩余900万吨。《战略》认为,该路径面临的主要挑战包括实现高比例的可持续航空燃料需使用更先进的但成本也更高的制备方式,而产量提高还会带来工厂建设成本、技术成熟度、认证要求、原料供应、兼容性等挑战。

        4.路径4:零排放飞机取得重大进展

       这种路径中的零排放飞机占比53%,可持续航空燃料占比30%,其它同路径3。结果是2050年碳排放剩余1700万吨。《战略》认为该路径需要在电池密度、法规、认证、机场基础设施、成本取得进展和改善,支撑150~250座的零排放飞机在2040年投入使用。

       《战略》认为,上述分析显示在新技术,尤其是可持续航空燃料和零排放飞机方面取得突破,将极大减少碳排放量,但这极具挑战性。针对剩余碳排放量,辅以市场措施及温室气体去除技术,有望到本世纪中叶实现净零排放。在此期间需加强各国政府间合作。《战略》提出今后应每隔五年进行战略审查,以及时调整技术方向。


       三、启示建议

       党的第十九届五中全会提出了我国争取在2060年前实现碳中和的目标,“做好碳达峰、碳中和工作”被列为重点任务,其重要性提升至国家政策层面。《战略》在英国政府层面确认了实现航空净零排放的可行举措和路径,对我们具有重要参考价值。从落实碳排放控制任务、推动我国航空业自主创新发展、支撑航空强国建设等方面,提出以下几点建议:一是组织力量研究分析我国航空碳减排路线图、措施和路径,形成顶层设计;二是民机科研中安排绿色飞机专项,持续开发低/零排放飞机技术并进行演示验证,系统性带动我国未来民机核心技术的持续发展,增强自主创新和市场竞争能力;三是积极推进和开展适合我国国情的可持续生物燃料开发、验证和试用,形成自主可控、有竞争力的航空燃料新产业;四是加强各部门协调,采用多种方式激励绿色航空发展。




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