邴元春/編譯
隨著全球航空業(yè)的不斷發(fā)展，其產(chǎn)生的碳排放也逐漸增加,。當前,，全球航空業(yè)產(chǎn)生的碳排放量約占全球碳排放總量的2.5%。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,，未來20年,，全球民航旅客年增長率將達3.7%，旅客量的增加將對環(huán)境產(chǎn)生更大影響,。2022年10月,，國際民航組織第41屆大會確定了到2050年全球航空業(yè)實現(xiàn)二氧化碳凈零碳排放的長期目標。為實現(xiàn)這一目標,，航空業(yè)已采取多項措施減少碳排放,，新能源飛機便是其中之一。
航空新能源是什么,？
航空業(yè)的碳排放主要來自化石能源燃燒,。為減少碳排放，主要可以使用3種能源替代傳統(tǒng)航空燃料：可持續(xù)航空燃料（SAF）,、氫能和電能,。
可持續(xù)航空燃料：以廢棄的動植物油脂、油料,、使用過的食用油,、城市生活垃圾和農(nóng)林廢棄物為原料生產(chǎn)，也可直接從空氣中捕獲二氧化碳合成,?？沙掷m(xù)航空燃料是目前已經(jīng)用于商業(yè)航空的液體燃料，最高可減少80%的二氧化碳排放?？沙掷m(xù)航空燃料之所以是“可持續(xù)的”,，是因為其原料與糧食作物或水供應(yīng)不存在競爭關(guān)系，也不增加資源使用,，不會對環(huán)境產(chǎn)生影響,。
氫能：氫以液體形式存在，每千克所含能量大約是煤油的2.5倍,，在燃燒時只產(chǎn)生水蒸氣,，從環(huán)保和能源含量的角度來看潛力很大。氫能可用作傳統(tǒng)發(fā)動機的推進燃料,，也可用于電力燃料電池,。
電能：電能儲存在電池中或通過燃料電池產(chǎn)生，為飛機提供動力,，分為全電動和混合動力,。電池是全電動的唯一動力來源?；旌蟿恿t結(jié)合了內(nèi)燃機與電動發(fā)動機的優(yōu)點,，可能是大型飛機應(yīng)用全電動推進系統(tǒng)必要的中間步驟。
新能源飛機的類型
目前,，幾乎所有可用的可持續(xù)航空燃料都是鏈烷烴可持續(xù)航空燃料,，不含芳烴等其他碳氫化合物?？蜋C不能只使用純鏈烷烴可持續(xù)航空燃料,，需要與足夠的傳統(tǒng)航空燃料混合，使其化學(xué)成分符合飛機燃料質(zhì)量標準,。多家飛機制造商宣布,，到2030年，其所有民用產(chǎn)品將與100%鏈烷烴可持續(xù)航空燃料兼容,。
混合可持續(xù)航空燃料的成分和性質(zhì)與傳統(tǒng)航空燃料完全相同,，不需要對飛機進行任何改裝。美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）目前正在制定標準,，使現(xiàn)有飛機能夠使用100%混合合成燃料飛行,，預(yù)計這項工作將在2024年前完成。
氫可通過兩種方式為飛機提供動力：在燃料電池中產(chǎn)生電能驅(qū)動電動飛機,，或在燃氣輪機中燃燒,，這與噴氣燃料的燃燒方式一樣。與大多數(shù)使用機翼儲存燃料的飛機不同,，氫動力飛機通常在機身內(nèi)部設(shè)有氫燃料箱,。
氫氣已經(jīng)開始分階段在航空運輸系統(tǒng)使用，首先是在非推進系統(tǒng)中的應(yīng)用，如地面輔助設(shè)備,，使用氫動力公交車,、火車或出租車運送旅客往返機場。
電動飛機是以儲能裝置（蓄電池,、燃料電池等）給電動機供電,，驅(qū)動螺旋槳、涵道風(fēng)扇或其他裝置產(chǎn)生飛行動力的飛機,。全電動飛機在運行期間的二氧化碳排放為零,。翼身融合混合動力飛機最多可減少40%的二氧化碳排放。美國航空航天局（NASA）的研究顯示,，商用電動飛機可實現(xiàn)節(jié)能超過60%、減排超過90%,、降噪超過65%,。
電動垂直起降飛機（eVTOL）依賴更簡單的動力裝置，安全性更高,，采購和運營成本大大降低,。無論是全電動飛機還是混合動力飛機，與傳統(tǒng)飛機相比,，其噪聲更小,，對空氣的污染更少，具有改變空中交通的潛力,。城市空中交通（UAM）通過新興運輸工具開發(fā)低空空域,，在人口稠密地區(qū)建立一個安全高效的空中運輸系統(tǒng)，運輸旅客或貨物,，其主要運輸工具就是電動垂直起降飛機（eVTOL）,。
新能源飛機的前世今生
2008年，英國維珍航空首次使用生物噴氣燃料進行試飛,。2016年3月,，美聯(lián)航成為首家在常規(guī)商業(yè)運營中使用可持續(xù)航空燃料的航空公司。2019年11月,，全球使用可持續(xù)航空燃料的商業(yè)航班已超過25萬架次,，超過45家航空公司使用了可持續(xù)航空燃料。2023年,，使用可持續(xù)航空燃料的航班已超過49萬架次,。可持續(xù)航空燃料價格較高,，是普通航空煤油的3倍~8倍,，目前供給量較少，2022年產(chǎn)量約3億升。盡管航空公司與全球各地供應(yīng)商簽署了可持續(xù)航空燃料協(xié)議,，但目前可持續(xù)航空燃料在全球航空燃料消耗量中的占比仍不足1%,。
航空碳排放的17%以上來自966公里以內(nèi)的短途飛行。據(jù)估計,，所有4025公里以內(nèi)的飛行都可以通過電能或由氫氣提供動力,，而這些飛行的碳排放占航空碳排放的一半以上。
盡管氫動力飛機研究已經(jīng)開展了幾十年,，但在運送旅客方面尚未獲得認證,。
早期的測試包括美國在20世紀50年代進行的B-57B氫氣試飛和20世紀80年代的TU-155飛行。此外,，波音公司自本世紀前十年以來,，使用氫燃料電池和內(nèi)燃機進行了6次氫技術(shù)演示，包括載人和無人駕駛飛機,。
2010年,，空客公司開啟了電氣化之路，研發(fā)了全球首架全電動,、四引擎特技飛機（Cricri）,。此后，空客公司在飛行電氣化方面取得了重大進展,，先后研發(fā)了全電動雙螺旋槳飛機（E-Fan）和電動飛機示范項目（Vahana和CityAirbus NextGen）,。空客公司已宣布研發(fā)全新窄體氫動力飛機ZE—ROe項目,。
德國羅蘭貝格咨詢公司是歐洲最大的戰(zhàn)略管理咨詢公司,，該公司持續(xù)對飛機電力推進領(lǐng)域進行研究。根據(jù)該公司的研究報告,，截至2021年,，全球范圍內(nèi)超過一半的電動飛機項目是自2017年以來啟動的。
美國垂直飛行協(xié)會（VFS）也關(guān)注到了電動飛機的發(fā)展熱潮,，自2016年底起編制世界電動垂直起降飛機（eVTOL）目錄,，于2017年正式發(fā)布。
新能源飛機的未來
根據(jù)國際航空運輸協(xié)會（IATA）的預(yù)測,，未來進行長途飛行和超長途飛行的飛機應(yīng)完全或部分由可持續(xù)航空燃料提供動力,，而氫氣在不久的將來將應(yīng)用于中短途飛行中，極短距離的通勤飛行可通過電池提供動力,。
同樣,，根據(jù)國際航空運輸協(xié)會的分析，到2050年,，航空業(yè)65%的碳排放需要通過可持續(xù)航空燃料實現(xiàn),。因此,，需要大幅增加可持續(xù)航空燃料產(chǎn)量。2025年,，可持續(xù)航空燃料產(chǎn)量將達到50億升,。2030年，SAF年產(chǎn)量有望從2021年的1.25億升增加到300億升,，達到生產(chǎn)和利用的轉(zhuǎn)折點,。2030年以后，可持續(xù)航空燃料產(chǎn)能將達到最大,。
空客公司正在開發(fā)3種氫燃料零排放商用飛機,，分別是渦輪螺旋槳飛機、渦扇設(shè)計飛機和翼身融合設(shè)計飛機,，航程1000海里起,，最高達到2000海里，最多搭載200人,，預(yù)計將于2035年投入使用,。到2040年，氫動力飛機在減少全球航空碳排放方面的影響仍將非常小,。2050年左右，氫技術(shù)可能應(yīng)用于長途航班,。2060年和2070年可能發(fā)生變化,，很大一部分飛機將由氫氣提供動力。但要做到這一點,，必須應(yīng)對一些技術(shù)上的挑戰(zhàn),，如大規(guī)模可獲得性,、提供適當?shù)墓?yīng)基礎(chǔ)設(shè)施等,。由于液氫燃料占據(jù)的空間約是煤油的4倍，對機身設(shè)計者來說也是一項挑戰(zhàn),。
由混合動力推進的小型飛機（15座-20座）預(yù)計將在10年內(nèi)投入使用,，支線飛機將在本世紀30年代投入使用，自2040年起將推出載客量更大的飛機,。2050年左右,，電池技術(shù)可能成熟到足以為支線航班提供動力。在未來幾十年內(nèi),，電動垂直起降飛機（eVTOL）可能成為世界各地公共服務(wù)機構(gòu)在消防,、公共安全、搜救,、救災(zāi)和執(zhí)法等領(lǐng)域應(yīng)用的重要工具,。
（本文由中國民用航空局國際合作服務(wù)中心邴元春編譯）