我們離綠色飛行還有多遠？

薩姆·豪·弗霍韋克

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研發(fā)的V型飛機正在接受風洞測試。

商業(yè)航班能否實現(xiàn)綠色出行？我和許多專家探討過這一問題，聊的過程中，我總會想到兩點：一點是你能想到的所有綠色革新手段，比如太陽能板、風力渦輪機、電動發(fā)動機、高儲能電池、氫燃料、磁懸浮……你如果想把幾百號人送到平流層，飛上萬英里，目前為止，這些東西根本派不上用場;另一點就是，全世界有八成以上的人沒坐過飛機。

航空公司和飛機制造公司如今都在千方百計地減少碳排放。我所說的兩點集中反映了航空業(yè)的難處。綠色飛行可以實現(xiàn)，但短時間內(nèi)沒有希望，并且也不會像地面交通工具那樣徹底轉(zhuǎn)型。沒辦法，重力是很難克服的。但能否及時應(yīng)對這一挑戰(zhàn)直接關(guān)系到航空業(yè)的形象及收益。環(huán)保主義者表示，氣候變化很大程度上是由飛機造成的。航空業(yè)如果不能在綠色飛行上取得突破，下一步，人們坐飛機前，恐怕都會想想這樣做是不是不道德。

LanzaTech公司就在試圖打破常規(guī)，用垃圾等材料生產(chǎn)航空燃料，替代傳統(tǒng)航空煤油?！熬G色飛行是人類的必然選擇?！惫臼紫瘓?zhí)行官珍妮弗·霍姆格倫說，“大家現(xiàn)在已經(jīng)達成共識，航空煤油肯定不是長久之計。不過，暫時也沒什么辦法能像魔法一般，一下子解決掉所有問題。”

當然，零排放和電動發(fā)動機也并非天方夜譚，這些技術(shù)已經(jīng)率先在航空業(yè)的一個領(lǐng)域得到了應(yīng)用，即短時間和短距離的航行。在不遠的將來，動畫片《杰森一家》中的飛行汽車想必會成為現(xiàn)實。不同的是，動畫片中都是主人公喬治在駕駛，而現(xiàn)實中，飛行汽車多半是靠人工智能操控。不難想象，專注于短距離航線和小型飛機的航空公司將引領(lǐng)電動飛行的潮流。

但是，現(xiàn)在還沒有電池能讓波音747這樣的龐然大物從紐約飛到倫敦。國際自動機工程師學(xué)會航空航天標準部門的主任大衛(wèi)·亞歷山大估計，光是讓大飛機起飛，就要耗掉440萬臺筆記本電池的電量，但這又是一個悖論，因為這些電池的重量是飛機的七倍，它們裝上飛機，飛機根本飛不起來。同一重量的液體燃料和電池相比，前者的能量遠大于后者，你就算找到當今最先進的電池，也無法改變這一事實。

從單個航班的角度來講，污染是一年比一年小的。自噴氣時代以來，航空業(yè)就一直保持這一趨勢。我常聽到一句話：“有進步，但沒有變革?！焙迷谝稽c點進步加起來也是了不得的。如今的噴氣式飛機與最初幾代相比，燃油效率提升了整整一倍，污染物排放量更是大幅下降。但與此同時，航班也越來越多，更新?lián)Q代的進步遠遠無法抵消航空業(yè)大幅發(fā)展所帶來的負面影響?？傮w而言，航空業(yè)的碳排放呈上升趨勢，對氣候變化的影響越來越大。

這和八成以上的人沒坐過飛機有直接聯(lián)系。對航空業(yè)而言，這一數(shù)據(jù)意味著巨大的潛在市場。待到疫情退去，航空業(yè)每年5%左右的增幅也會回歸。對一個渴望飛行卻從未坐過飛機的人來說，他肯定也想從高空俯視城市的地標，近距離欣賞飛機兩側(cè)的云朵，或者離星空更近一些。

然而，每一趟航班都會讓地球變暖。人類排放的二氧化碳有2.5%源自商業(yè)航班，但這并非重頭戲，飛機會讓地球升溫，更重要的原因在于飛機飛行會產(chǎn)生有害物質(zhì)和尾跡，這些東西會滯留在大氣層，發(fā)生反應(yīng)。有專家表示，飛機要為全球變暖負5%的責任。

英國德比的羅爾斯·羅伊斯工廠內(nèi)，工程師正在檢修渦輪風扇發(fā)動機。相比過去，如今的發(fā)動機在設(shè)計和材料上都有了極大的改善， 燃油效率更高，對環(huán)境也更為友好，但還遠談不上綠色。

德國慕尼黑Lilium公司內(nèi)部，工程師在垂直起降電動飛機旁工作。飛機配有36臺電動發(fā)動機，可搭載1名飛行員和6名乘客，續(xù)航里程為155英里。

隨著航空旅行和空運的進一步普及，這個百分比可能會進一步增加。相比之下，地面交通領(lǐng)域的能源利用率則越來越高，這也是為什么有人呼吁不坐或者盡量少坐飛機。瑞典最早提出了“飛行恥辱”的概念，如今，這一說法在歐洲相當流行。

法國就有意取消部分國內(nèi)航班，凡是坐火車兩個半小時以內(nèi)能到的，下一步可能就不能再選飛機了。英國氣候變化委員會則提議取締航空里程和常飛旅客計劃，因為這些政策會鼓勵旅客過度飛行。

75%的航空燃油都是1000英里以上的航班燒掉的，這種距離，大多數(shù)人的首選都是飛機。多數(shù)人穿越大洋都會選擇坐飛機，否則他們根本不會出門。航空業(yè)的領(lǐng)軍人物都認為，“飛行恥辱”不是解決方案，綠色出行才是。波音公司可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略部門的負責人肖恩·紐瑟姆表示：“航空業(yè)是世界經(jīng)濟的重要組成部分，我們要做的是降低排放量、減少碳排放，而不是讓人們無法出行。這是我們當下最根本的信念。”

1.羅爾斯·羅伊斯在研發(fā)動機UltraFan的渦輪葉片由碳纖維制成。此款發(fā)動機研制成功后，將百分百使用可持續(xù)航空燃料。 2.UltraFan的壓縮機

要想找到綠色飛行的方案，佐治亞州的自由之松煉油廠或許是離答案最近的地方?？绿亍に箞D貝克是工廠的化學(xué)工程師，他的任務(wù)就是將垃圾轉(zhuǎn)化為航空燃料。他說：“只要找對配方，你得到的燃油品質(zhì)就可以超過Jet A（美國標準航空煤油），并且還會更清潔?！?/p>

煉油廠是LanzaTech旗下的，2018年，公司將自主研發(fā)的可持續(xù)航空燃料（SAF）和標準航空煤油混合，注入波音747，這架飛機隨后順利從佛羅里達州奧蘭多市飛到了倫敦。

目前為止，SAF還必須與標準航空煤油混合使用，但這對于航空業(yè)的減排事業(yè)而言算得上邁出的第一大步。原因很簡單，航空公司不可能做賠本買賣，當下這種機艙加兩翼式的飛機，航空公司至少還要用二三十年。工程師已經(jīng)在設(shè)計下一代的飛機了，飛機的造型以及動力來源都會迎來大變革，但現(xiàn)役的上萬架飛機暫時還不會退休，它們只能使用液體燃料。

現(xiàn)役飛機可以通過升級發(fā)動機或加裝翼尖、小翼之類的設(shè)備提升飛行效率、減少污染，但要實現(xiàn)綠色飛行，最有效的方法依舊是更換燃料。

SAF可以帶動減少碳排放的良性循環(huán)，它的原料可以是甘蔗桿，也可以是工業(yè)廢料或城市垃圾填埋場的垃圾。從源頭上講，SAF就比化石燃料環(huán)保得多。并且，飛機發(fā)動機只需進行微調(diào)就可使用SAF，機場也無需更換加油設(shè)備。相反，使用液體燃料之外的動力來源，機場設(shè)施就必須作出相應(yīng)的調(diào)整了。

那還等什么呢？首先，SAF價格太貴，是普通航空煤油的三到七倍。使用SAF的飛機數(shù)量確實有所增多，但相比總量還是微不足道。2019年，航空業(yè)燒掉了950億加侖燃油，SAF占比不足0.1%。其次，航空業(yè)無法完全依賴最便宜、最易獲取的SAF原料，比如糧食?？偛荒茏屓剂虾褪澄飺尩負屗?，果真這么做了，對環(huán)境而言也無非是拆東墻補西墻。

支持者聲稱，如果SAF的產(chǎn)量能增加到足以滿足航空業(yè)的基本需求，價格自然就會掉下去，這樣就可以和航空煤油競爭了。這是個典型的“先有雞還是先有蛋”的悖論。根據(jù)供需關(guān)系，有需求才有供給，但現(xiàn)在的情況是供應(yīng)量過小、價格過貴，根本無法刺激需求。政府倒是可以嘗試用政策解決這一問題，比如對煤油征收碳稅或強制要求所有航空燃料都添加一定比例的SAF。

“SAF的使用量必須提上去，”羅爾斯·羅伊斯公司首席技術(shù)官保羅·斯坦恩說，“不過整個行業(yè)暫時還是慢半拍。”

法國南部的空中客車總部正在研發(fā)一款新型飛機Maveric。這種飛機之前恐怕只在科幻電影中出現(xiàn)過，外形跟魔鬼魚差不多。它問世以后，《星際迷航》中的畫面就可以變?yōu)楝F(xiàn)實了。

要想一下子顛覆飛機制造業(yè)現(xiàn)有的模式并不現(xiàn)實。一款能改變航空業(yè)游戲規(guī)則的客機，光是研發(fā)就要花掉數(shù)年的時間，之后還要花更長的時間進行嚴苛的安全測試，方能走向商用。我們能否找到更高效、更綠色的飛行方式？Maveric就是空中客車給出的答案。

Maveric采用翼身一體的設(shè)計理念，和航空公司現(xiàn)役客機相比，它的碳排放量可以降低40%。整個飛機如同一對大翅膀，可以有效減少阻力以及爬升難度。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)在研的V型飛機采取了相似的設(shè)計理念，整個飛機看上去像一個回旋鏢。

2020年，空中客車宣布要研發(fā)一款新型飛機，在業(yè)內(nèi)引起了轟動。這款飛機是Maveric姊妹款，用的是氫燃料，主要排放物是水蒸氣，可實現(xiàn)零碳排放。不過，這就跟電動汽車一樣，零排放并不代表零污染，因為電并不是憑空產(chǎn)生的，是否有污染，要先問電是從哪里來的。相應(yīng)地，空中客車也要探索生產(chǎn)和儲存氫燃料的合理途徑。

水經(jīng)過電解會分解成氫氣和氧氣，以這種途徑獲得的氫被稱作“綠色氫能源”。當下多數(shù)氫能源都源自化石燃料，但綠色氫能源才是人類的夢想。隨著科技的進步和普及，不少人認為綠色氫能源早晚會廣泛應(yīng)用于航天業(yè)。

光生產(chǎn)氫還不夠，還要將其壓縮為液態(tài)氫，并貯存在零下252.76攝氏度的低溫環(huán)境，實現(xiàn)這些自然要消耗大量能源。如果不選擇液態(tài)氫，氣態(tài)氫勢必要占據(jù)極大的空間。

不論是液態(tài)還是氣態(tài)，氫動力飛機肯定不同于今日的飛機，這意味著機場設(shè)施要作出相應(yīng)的調(diào)整?？罩锌蛙囈脖硎具@些挑戰(zhàn)確實客觀存在，但還是對市場持樂觀態(tài)度。“我們堅信氫能源是航空業(yè)實現(xiàn)綠色飛行的必然選擇，別的手段或許可以減少碳排放，但氫能源可以讓碳排放歸零?！笨罩锌蛙嚤泵姥芯颗c技術(shù)副總裁阿曼達·辛普森說，“如果我們再用綠色電力生產(chǎn)氫能源，就更好了，沒有比這更清潔的方法了！”

2008年，波音公司試飛了世界首架完全由氫能源驅(qū)動的飛機，但波音對氫能源的態(tài)度并沒有那么樂觀。“我們的結(jié)論很明確，對商用噴氣式飛機而言，SAF才是唯一可行的減碳方案，這一點在短期甚至中期內(nèi)都不會改變?！辈ㄒ艨偣こ處煵假嚩鳌び忍乜苏f，“我們要先解決眼前的問題。”

加州中部的霍利斯特每年都會舉辦摩托車拉力賽，電影《飛車黨》的靈感就源于此。不過，最近在霍利斯特引起轟動的并非街道上摩托車的轟鳴聲，而是機場上空的低語，這聲音是一架裝有13個旋翼的飛行器發(fā)出的。值得注意的是，上面并沒有飛行員。

空客公司的城市空中客車，動能由左側(cè)四塊方形電池提供。

城市空中客車搭載了四組推進裝置，每組裝置配有兩臺發(fā)動機和兩個推進器。

Wisk公司研發(fā)的這架無人駕駛電動飛機現(xiàn)在看來可能是異類，但研發(fā)者有信心讓它成為明日的空中出租車。研究電動飛機的并不止他們一家，許多初創(chuàng)公司都在做這件事。Wisk的愿景是讓打飛的變得跟打車一樣便捷，當然，還要安全可靠。“航空業(yè)的安全標準非?？量蹋覀儽仨氝_標，否則過不了美國聯(lián)邦航空局這一關(guān)，沒有他們點頭，誰也別想飛?！盬isk首席執(zhí)行官加里·吉森說。

我們不確定空中出租車何時能開始運營，但垂直飛行協(xié)會稱在研的垂直起降電動飛機就有475款。因此，這件事不僅不是空中樓閣，還是實實在在的生意。這些飛機可以垂直起降、接人送人，這是固定翼飛機做不到的。另外，相比直升機，這些電動飛機具有安靜的優(yōu)勢，不會引起周圍人的抱怨。

吉森說，空中出租車可以在機場接人，然后將他們送到公寓樓樓頂?shù)钠鸾蹬_。我開玩笑說，有的人預(yù)約空中出租車，恐怕不是奔著去哪兒，而是奔著鳥瞰的體驗去的。

“沒錯！”吉森激動地說，“趣味性也是這個市場的一大魅力?！彼€表示，一開始作市場調(diào)研時，除了安全、安靜等基本要求外，人們最想要的竟然是穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)。“我都無語了！”他說，“趕緊放下該死的手機，看看窗外的美景吧！”

談到電動飛機，我們不得不提Eviation公司的愛麗絲電動飛機。Eviation首席執(zhí)行官奧馬爾·巴約海高調(diào)宣稱，愛麗絲將和萊特飛行器、波音707享有同等的歷史地位?！帮w機的發(fā)展一開始是螺旋槳時代，之后是噴氣時代，如今，我們將迎來電氣時代?！比欢?，愛麗絲本身就體現(xiàn)了電動飛機的缺陷——電池的重量占去了飛機總重量的60%。

波音公司為777X型噴氣式飛機打造的碳纖維機翼長110英尺。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員聯(lián)手空中客車，共同研究藻類植物，探索生產(chǎn)生物燃料和碳纖維的新途徑。

發(fā)燒友說，再過個十幾年，電動飛機的載客量有望達到50人，飛行距離也有望達到數(shù)百英里。不過，對主流大客機而言，要裝的人數(shù)會多得多，飛的距離也遠不止幾百英里。將主流大客機替換為電動飛機，就算再過幾十年，也是癡人說夢?？傆幸惶?，我們的后代會坐上零排放的飛機，并對此習(xí)以為常。但在那一天到來之前我們該怎么做？這才是急需解決的問題。

[編譯自美國《國家地理》]

編輯：要媛

今天的噴氣式飛機還要飛數(shù)十年才會退出歷史舞臺，但工程師已經(jīng)在加班加點，設(shè)計下一代飛機了，這里面有針對短距離航班的電動飛機，也有革命性的氫動力飛機，V型飛機就屬于后者。

乘客坐在V型飛機的兩翼以及機頭的中部。兩翼的客艙都僅有一側(cè)有舷窗，但尺寸要比當下的舷窗大。

氫燃料占據(jù)了貨艙70%的空間。飛機搭載的兩臺渦輪風扇發(fā)動機都靠氫燃料驅(qū)動。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的工程師設(shè)計了V型飛機，動力來源既可以是航空燃油，也可以是氫燃料?？团?、貨艙和燃料箱位于兩翼。相比航空燃油，使用氫燃料，飛機的航程會縮短35%，但可以實現(xiàn)零碳排放。

V型飛機沒有傳統(tǒng)意義上的機身和機尾，這意味著更小的阻力。大型的小翼可以進一步減小空氣摩擦。

V型飛機降落時機身的傾角更大，因此駕駛艙的窗戶會為飛行員提供更好的俯視視角。