美國航空氣候行動計劃分析

■ 王翔宇 侯薇 / 中國航發(fā)研究院

《航空氣候行動計劃》從推廣可持續(xù)航空燃料、開發(fā)新的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)、提升機(jī)隊(duì)機(jī)場運(yùn)營管理效率和加強(qiáng)政策法規(guī)引導(dǎo)等方面出發(fā)，首次系統(tǒng)性地描述了美國政府為實(shí)現(xiàn)2050年航空業(yè)凈零碳排放目標(biāo)所設(shè)定的行為框架。

在2021年11月召開的聯(lián)合國氣候大會上，美國聯(lián)邦航空局（FAA）發(fā)布了《航空氣候行動計劃》。作為美國航空業(yè)應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的首份綜合綱領(lǐng)性文件，該計劃基于美國政府視角，以推廣可持續(xù)航空燃料（SAF）、開發(fā)新的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)、提升機(jī)隊(duì)機(jī)場運(yùn)營管理效率和加強(qiáng)政策法規(guī)引導(dǎo)為主要著眼點(diǎn)，在整個航空生態(tài)系統(tǒng)確定了多個促進(jìn)創(chuàng)新和推動變革的具體行動舉措，助力美國航空業(yè)達(dá)成2050年溫室氣體凈零碳排放的宏偉目標(biāo)。

推廣可持續(xù)航空燃料

雖然航空業(yè)一直在考慮各種取代航空煤油的脫碳方案，不過《航空氣候行動計劃》認(rèn)為在未來幾十年里大概率無法通過電氣化或者氫能源為商用飛行提供動力。這種情況使得由可再生和廢物原料生產(chǎn)的SAF對于航空業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展的重要意義更加凸顯，成為了全生命周期100%降低溫室氣體排放的現(xiàn)實(shí)選擇。FAA與工業(yè)界2006年聯(lián)合發(fā)起了商業(yè)航空替代燃料倡議（CAAFI），支持了一系列促進(jìn)SAF開發(fā)測試、標(biāo)準(zhǔn)制定與商業(yè)應(yīng)用的項(xiàng)目，盡快將100%SAF應(yīng)用到現(xiàn)有機(jī)隊(duì)是其當(dāng)下的工作重點(diǎn)，這也是航空業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳發(fā)展必須克服的障礙。

除FAA以外，美國多個政府機(jī)構(gòu)均在降低SAF生產(chǎn)成本、提高可持續(xù)性效益和擴(kuò)展供應(yīng)鏈等方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。美國農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)關(guān)注原料供應(yīng)鏈系統(tǒng)項(xiàng)目，通過貸款擔(dān)保為SAF生產(chǎn)設(shè)施改造提供財政援助；美國能源部啟動了多種SAF的制備工藝研究，并量化了與原料有關(guān)的溫室氣體排放和土壤碳動態(tài)，填補(bǔ)了生物燃料供應(yīng)鏈中缺失的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；美國環(huán)境保護(hù)局著手優(yōu)化SAF的監(jiān)管審批流程，根據(jù)可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)（RFS）對其進(jìn)行統(tǒng)一管理；美國國家航空航天局（NASA）對正在研發(fā)的各種概念飛行器進(jìn)行SAF應(yīng)用測試，并嘗試使用在翼發(fā)動機(jī)的排氣量來精準(zhǔn)測定各種SAF的排放水平。

發(fā)展和應(yīng)用SAF已經(jīng)成為美國政府應(yīng)對航空氣候問題的優(yōu)先手段。根據(jù)最新公布的可持續(xù)航空燃料大挑戰(zhàn)（SAF Grand Challenge）戰(zhàn)略構(gòu)想，美國交通部、能源部和農(nóng)業(yè)部等多機(jī)構(gòu)將與航空業(yè)通力協(xié)作，明確各個參與者的作用、制定相關(guān)政策框架，進(jìn)一步降低SAF的經(jīng)濟(jì)成本、提升SAF可持續(xù)性并擴(kuò)大SAF的生產(chǎn)應(yīng)用。預(yù)計美國SAF的年產(chǎn)量將從目前的0.17億L急速躍升到2030年的114億L，到2050年的供應(yīng)能力將達(dá)到1325億L，完全滿足美國航空業(yè)的燃料需求。

開發(fā)新的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)

過去的50年，飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使得飛行的燃料效率提高了70%，也是航空業(yè)減排的最大推動力量。然而，隨著傳統(tǒng)航空技術(shù)潛力越接近天花板，進(jìn)一步的探索改進(jìn)給航空制造商帶來了沉重的財務(wù)壓力，同時越來越長的使用壽命影響了航空運(yùn)營商更新機(jī)隊(duì)的速度，抑制了航空制造商快速收回成本并開發(fā)新技術(shù)的能力。因此，來自政府層面的投資支持對于降低企業(yè)為開發(fā)新的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)所附加的風(fēng)險顯得非常重要。早在2010年FAA就啟動了持續(xù)降低能耗、排放和噪聲計劃（CLEEN），在其支持下工業(yè)界能夠快速將消耗更少燃料、產(chǎn)生更少排放和具有更低噪聲的下一代航空技術(shù)集成到當(dāng)前的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)產(chǎn)品上。此外，NASA也在借助先進(jìn)飛行器計劃（AAVP）、綜合航空系統(tǒng)計劃（IASP）、變革性航空概念計劃（TACP）和空域操作與安全計劃（AOSP）開展了一系列可持續(xù)航空技術(shù)的基礎(chǔ)研究和演示驗(yàn)證工作。

美國政府推廣SAF的主要舉措

可持續(xù)航空燃料大挑戰(zhàn)戰(zhàn)略重點(diǎn)工作

考慮到飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展比其他措施需要更長的時間來實(shí)現(xiàn)其環(huán)境效益，美國政府為加速這一進(jìn)程于2021年上半年正式提出了可持續(xù)飛行國家伙伴關(guān)系計劃（SFNP），F(xiàn)AA和NASA將與工業(yè)界協(xié)力開展超高效機(jī)翼（跨聲速桁架式機(jī)翼）、緊湊型核心機(jī)和混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的飛行和地面技術(shù)演示，并利用全新的高速復(fù)合材料制造技術(shù)縮短新飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)周期。通過這些技術(shù)開發(fā)的努力，下一代窄體機(jī)和寬體機(jī)分別有望在2035年和2040年進(jìn)入市場。與當(dāng)前同類最佳飛機(jī)相比，其燃料消耗可降低25%～30%，噪聲可降低10 ～15dB。NASA針對純電動和氫動力飛行相關(guān)技術(shù)的探索也在進(jìn)行中，不過為實(shí)現(xiàn)其在大型商用飛行上的成熟應(yīng)用還有太多的工作有待開展，例如即便是小型通航飛行器，目前仍需進(jìn)一步評估純電動或氫動力改進(jìn)后的全生命周期排放水平、是否真正起到了降低排放的效果。

提升機(jī)隊(duì)運(yùn)營效率、降低機(jī)場排放

改進(jìn)空中交通管理水平并升級相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施是構(gòu)建高效率航空運(yùn)輸系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。雖然全球民航飛行效率已經(jīng)達(dá)到94%～98%的高位，不過由于必要的操作限制和安全、機(jī)場容量、天氣和噪聲等因素的存在，機(jī)隊(duì)運(yùn)營總是存在一些難以改變的低效率區(qū)間，同時隨著市場需求的擴(kuò)張，可供使用的空域資源也變得越來越緊張，保持并進(jìn)一步提升現(xiàn)有效率水平并不是一件容易的事情。FAA的下一代航空運(yùn)輸管理系統(tǒng)（NextGen）項(xiàng)目已在美國國家空域系統(tǒng)（NAS）中部署了數(shù)量可觀的導(dǎo)航、監(jiān)視、通信、自動化和信息基礎(chǔ)設(shè)施，基于性能的導(dǎo)航程序（PBN）得以推廣，在衛(wèi)星支持下能夠創(chuàng)建精確、可重復(fù)、可預(yù)測和高效的三維飛行路徑，廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS-B）則為飛機(jī)位置的態(tài)勢感知提供了更高精度和更快的更新速度。據(jù)FAA的估算，2010—2019年通過提升機(jī)隊(duì)運(yùn)營效率為美國航空業(yè)節(jié)省的燃料超過了18億L、市場價值在12億美元以上。

美國政府在推廣可持續(xù)航空燃料方面的主要舉措

為營造完全共享的空中交通服務(wù)環(huán)境，更廣泛的數(shù)據(jù)聯(lián)通、更多的決策支持信息以及更持續(xù)的飛行態(tài)勢感知將是后續(xù)工作的重點(diǎn)，此時運(yùn)營商可以選擇更加省油的軌跡飛行（特別是在巡航階段），同時也可充分利用風(fēng)向等天氣條件更好地提升燃料效率，預(yù)計到2030年能夠?yàn)槊绹娇諛I(yè)帶來2%的二氧化碳減排收益。聯(lián)系更加緊密、數(shù)據(jù)更加豐富的航空運(yùn)營系統(tǒng)對于環(huán)境保護(hù)的意義還體現(xiàn)在了其他很多方面，如通過減少尾跡的生成弱化其熱反射和熱輻射所帶來的溫室效應(yīng)。雖然與燃料燃燒相比機(jī)場自身的二氧化碳排放量相對較小，但也不應(yīng)忽視其在應(yīng)對氣候變化方面所起的作用，提升機(jī)場電力系統(tǒng)的效率和可靠性、基礎(chǔ)設(shè)施的電氣化改造、加快機(jī)場電動運(yùn)營車輛替代和減少夜間照明能耗等工作均得到了FAA的資金支持。

美國政府在提升機(jī)隊(duì)運(yùn)營效率方面的主要舉措

加強(qiáng)政策法規(guī)引導(dǎo)

自從1983年國際民航組織（ICAO）航空環(huán)境保護(hù)委員會（CAEP）成立以來，美國政府在協(xié)助制定與民航噪聲和排放有關(guān)的政策法規(guī)以及相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)和建議措施（SARPs）上表現(xiàn)活躍，也是2016年國際航空碳抵消和減少方案（CORSIA）得以出臺的主要推手和積極倡導(dǎo)者，確保其在具備技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性的同時產(chǎn)生最大的環(huán)境保護(hù)收益。在CORSIA框架下并基于自愿性原則，F(xiàn)AA率先實(shí)施了航空碳排放檢測、報告和核算（MRV）規(guī)則，涵蓋了美國航空公司98%以上的國際飛行活動。FAA已表示將繼續(xù)全力為ICAO及其各個委員會提供技術(shù)支撐以盡快形成第一個航空碳排放國際標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有職權(quán)范圍內(nèi)盡可能制定規(guī)則保障CORSIA的充分實(shí)施，并努力與其他國家建立協(xié)作機(jī)制推動CORSIA在全球范圍的應(yīng)用，包括簽訂雙邊伙伴協(xié)議以強(qiáng)化成本分擔(dān)和氣候研究合作、共享用來開發(fā)完善航空環(huán)境建模的數(shù)據(jù)庫以及擴(kuò)大相關(guān)從業(yè)人員的培訓(xùn)交流。特別說明的是，雖然針對的是國際航班碳排放問題，但CORSIA對于促進(jìn)國內(nèi)航空業(yè)的低碳發(fā)展同樣具有重要的參照意義，尤其是其提供的諸如碳捕獲和碳隔離等跨行業(yè)減排選項(xiàng)將是FAA審查并統(tǒng)合未來航空業(yè)碳排放政策的重要切入點(diǎn)。

《航空氣候行動計劃》vs《目標(biāo)2050》

隨著歐洲航空業(yè)凈零碳排放發(fā)展戰(zhàn)略《目標(biāo)2050》于2021年2月發(fā)布并引發(fā)了強(qiáng)烈反響，大西洋彼岸同為全球航空業(yè)引領(lǐng)者的美國自然也不甘落后，推出了又一版本的綠色航空愿景，即《航空氣候行動計劃》。雖然在具體論述和細(xì)分條目上有所差異，但二者均將推廣可持續(xù)航空燃料、開發(fā)新的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)、提升運(yùn)營管理效率和加強(qiáng)政策法規(guī)引導(dǎo)作為未來航空業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵舉措，并認(rèn)為單獨(dú)依靠某一種路徑無法實(shí)現(xiàn)2050年二氧化碳凈零排放這一共識目標(biāo)。不過與《目標(biāo)2050》側(cè)重于定量化表達(dá)歐洲航空制造商、航空公司、機(jī)場運(yùn)營商和空中導(dǎo)航服務(wù)商等市場參與者的發(fā)展思路不同，《航空氣候行動計劃》的相關(guān)內(nèi)容更加宏觀、更加籠統(tǒng)，更多地體現(xiàn)了美國政府的意志以及如何協(xié)調(diào)各個政府機(jī)構(gòu)去推進(jìn)整個計劃的實(shí)施。

針對各項(xiàng)關(guān)鍵舉措自身，《航空氣候行動計劃》旗幟鮮明地認(rèn)為SAF將在未來30年航空業(yè)低碳化發(fā)展的歷史潮流中發(fā)揮著不可替代的作用，這也與拜登政府上臺以來在多個渠道的表態(tài)相契合，盡管其也承認(rèn)至少在10年內(nèi)SAF的低成本應(yīng)用和規(guī)?；a(chǎn)都存在很大的障礙。而對《目標(biāo)2050》中備受推崇的革命性飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)，《航空氣候行動計劃》的態(tài)度則較為消極，認(rèn)為所謂“非液體能源”技術(shù)的成熟遠(yuǎn)沒有想象的快，甚至給出了“純電動系統(tǒng)很難在2050年前應(yīng)用到產(chǎn)生大部分航空碳排放的中長途航班”“氫動力飛行不會為2050年綠色航空目標(biāo)的達(dá)成做出重大貢獻(xiàn)”的結(jié)論。當(dāng)然從目前的情況來看，美歐之間保守與激進(jìn)的路線之爭還沒有一個最終的答案，也許隨著時間的推移二者會在某種程度上互相妥協(xié)與融合。

盡管《航空氣候行動計劃》和《目標(biāo)2050》都認(rèn)可經(jīng)濟(jì)刺激政策對于航空業(yè)綠色發(fā)展的引導(dǎo)作用，但前者再次為以抵消為核心、排放總量上不封頂?shù)腃ORSIA方案背書，后者則依舊以歐盟碳排放交易體系（ETS）為出發(fā)點(diǎn)。特別是隨著ETS第四階段（2021—2030年）的啟動，碳排放配額進(jìn)一步壓減、配額交易價格進(jìn)一步升高已成定局，航空公司開始承受前所未有的排放經(jīng)濟(jì)壓力，貿(mào)然向歐洲外區(qū)域推廣可能帶來《航空氣候行動計劃》所擔(dān)憂的“破壞性市場扭曲”，拔苗助長的行為無益于航空業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展?？梢韵胍?，未來CORSIA這種寬松政策和ETS這種嚴(yán)格政策的協(xié)調(diào)共存必然不會水到渠成，全球性激烈的碳排放、碳交易市場博弈也在考驗(yàn)各國政府的智慧。

結(jié)束語

隨著美歐航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的相繼出臺，圍繞中國“2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和”整體戰(zhàn)略部署，目前至少有3個問題亟待我國航空業(yè)分析解答。第一，中長期來看我國航空脫碳發(fā)展的主要依托是什么？是可持續(xù)航空燃料，還是純電動/氫動力技術(shù)，抑或是其他，如何能將各種減排舉措更好的結(jié)合起來。第二，如何使航空制造商、運(yùn)營商和服務(wù)商這些市場參與者以及諸多相關(guān)政府機(jī)構(gòu)更緊密有效地銜接，從而實(shí)現(xiàn)綠色航空從規(guī)劃到執(zhí)行的統(tǒng)一。第三，面對CORSIA和ETS的先發(fā)制人、跑馬圈地，如何更好地參與國際航空排放標(biāo)準(zhǔn)與政策的制定，代表中國乃至所有發(fā)展中國家爭奪話語權(quán)，避免行業(yè)碳壁壘的出現(xiàn)。當(dāng)然也要認(rèn)識到，全球航空產(chǎn)業(yè)“第三時代”的到來對于像中國這樣的后發(fā)者來說機(jī)遇遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于挑戰(zhàn)，順應(yīng)時代、迎接變革、積極謀劃、穩(wěn)步前行，才能真正實(shí)現(xiàn)我國航空產(chǎn)業(yè)的跨越式突破性發(fā)展。