一、發(fā)布背景和研究方法

2022年10月，國(guó)際民航組織第41屆大會(huì)通過(guò)了“至2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放”目標(biāo)。但航空業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳更依賴政府和航空業(yè)共同努力，不能僅依賴于運(yùn)營(yíng)商，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商通常不生產(chǎn)燃料、飛機(jī)，也不提供空中交通管理，可能也沒(méi)有機(jī)場(chǎng)所有權(quán)和運(yùn)營(yíng)權(quán)。盡管?chē)?guó)外經(jīng)過(guò)數(shù)年研究，基本確定了提高飛機(jī)效率、采用可持續(xù)航空燃料以及氫能和電能推進(jìn)、提升運(yùn)營(yíng)效率、碳捕獲等可行脫碳路徑，但缺乏詳細(xì)技術(shù)路線和可行的時(shí)間表。鑒此，國(guó)際航協(xié)研究提出具有廣泛共識(shí)的全方位路線圖，以提供關(guān)鍵細(xì)節(jié)指導(dǎo)。

國(guó)際航協(xié)主要采用三種方法研究制定系列路線圖：

①對(duì)關(guān)鍵脫碳路徑歸為減少飛行中能耗、改變能源形式和碳排放再捕獲三類

②從多個(gè)維度研究。從飛機(jī)技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營(yíng)、金融和政策五個(gè)維度按三類路徑研究脫碳舉措，其中政策、金融路線圖涵蓋全部路徑，飛機(jī)技術(shù)路線圖涵蓋前兩類，基礎(chǔ)設(shè)施路線圖涵蓋后兩類，運(yùn)營(yíng)僅涵蓋第一類

③采用建模工具開(kāi)展場(chǎng)景研究。利用英國(guó)倫敦大學(xué)航空運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的航空綜合模型（AIM）建立十種場(chǎng)景，計(jì)算每種技術(shù)可能的碳減排量，并提交來(lái)自美國(guó)航空航天局、英國(guó)航空技術(shù)研究院、德國(guó)宇航中心、空客、波音、通用電氣、克蘭菲爾德大學(xué)等17家機(jī)構(gòu)的專家評(píng)審

此外，國(guó)際航協(xié)在研究過(guò)程中也充分利用了國(guó)際航空運(yùn)輸小組《航路點(diǎn)2050》、英國(guó)航空技術(shù)研究院《2050英國(guó)航空零碳排放技術(shù)戰(zhàn)略》等以往研究成果。

通過(guò)不同的行動(dòng)杠桿在 2050 年減少航空二氧化碳排放量（實(shí)線表示中心情況，黑線表示根據(jù)模擬情景實(shí)現(xiàn)的最大和最小減排量）

二、主要內(nèi)容

• 飛機(jī)技術(shù)路線圖

該路線圖給出了4類關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)期進(jìn)展：

①氣動(dòng)布局方面，認(rèn)為翼身融合體（BWB）和跨聲速桁架支撐翼（TTBW）是減排必經(jīng)之路，其中后者氣動(dòng)效率比同代傳統(tǒng)布局飛機(jī)高10%以上，若現(xiàn)役窄體機(jī)全部采用該布局可減少0.15億噸碳排放

②發(fā)動(dòng)機(jī)方面，認(rèn)為到2030年，發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比將從現(xiàn)在的約10提升至12以上，并采用齒輪渦扇傳動(dòng)；核心機(jī)壓比將從現(xiàn)在的40提高到50～60；新型燃燒室可減少氮氧化物并支持可持續(xù)航空燃料；開(kāi)式轉(zhuǎn)子等革命性推進(jìn)系統(tǒng)將燃料效率提升5%～10%，屆時(shí)可完成試飛

③結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)方面，認(rèn)為機(jī)翼展弦比將從現(xiàn)在的8～10提高到11～12并采用邊界層流動(dòng)控制技術(shù)；將通過(guò)復(fù)合材料進(jìn)一步減重（尤其是窄體機(jī)）；增材制造和結(jié)構(gòu)健康管理可使零件更輕更小，并采用更多一體成型結(jié)構(gòu)減少裝配，可能構(gòu)建具備燃料存儲(chǔ)、傳熱功能或射頻天線的多功能結(jié)構(gòu)

④機(jī)載系統(tǒng)方面，認(rèn)為將采用更多電動(dòng)系統(tǒng)取代液壓系統(tǒng)，并將上述多功能結(jié)構(gòu)與機(jī)載系統(tǒng)集成

該路線圖預(yù)測(cè)：盡管現(xiàn)在部分公司已在支線客機(jī)上應(yīng)用氫推進(jìn)方面取得進(jìn)展，且氫渦輪試飛預(yù)計(jì)可在2035年前完成，但2040年前氫能對(duì)航空業(yè)影響很有限，到2060－2070年氫能飛機(jī)數(shù)量才比較可觀。為加快氫動(dòng)力應(yīng)用，必須開(kāi)發(fā)一系列目前不存在或無(wú)法用于大型客機(jī)的技術(shù)，例如：熱管理系統(tǒng)處理高溫燃料電池的熱量；兆瓦級(jí)超高效電動(dòng)機(jī)和配電系統(tǒng)；高功率密度高溫燃料電池（功率密度超10千瓦／千克，為航空業(yè)獨(dú)特的需求）；液態(tài)氫儲(chǔ)罐（重量效率在近期僅為50%，2040年后可達(dá)70%）；低氮氧化物燃燒技術(shù)；干式機(jī)翼。

飛機(jī)技術(shù)路線圖

• 基礎(chǔ)設(shè)施路線圖

該路線圖聚焦保證可持續(xù)航空燃料、氫能等新能源基礎(chǔ)設(shè)施滿足航空業(yè)能源更換的需求，給出了3類關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)期進(jìn)展：

①可持續(xù)航空燃料／氫生產(chǎn)設(shè)施方面，若要求可持續(xù)航空燃料在2050年占航空燃料使用比例的80%～90%、使碳排放減少62%，就需5000～7000個(gè)生物煉油廠和大量氫氣來(lái)生產(chǎn)；按此，2050年航空業(yè)需近1億噸氫氣（其中8600萬(wàn)～9600萬(wàn)噸用于生產(chǎn)可持續(xù)航空燃料），這相當(dāng)于2023年全球氫氣生產(chǎn)量

②機(jī)場(chǎng)氫燃料存儲(chǔ)與分配設(shè)施方面，預(yù)計(jì)400萬(wàn)～1400萬(wàn)噸氫氣用于直接供氫動(dòng)力飛機(jī)作為燃料，需在機(jī)場(chǎng)有額外基礎(chǔ)設(shè)施用于氫氣存儲(chǔ)與分配，并采用新的地面支持設(shè)備和地面運(yùn)維規(guī)程

③碳捕獲基礎(chǔ)設(shè)施方面，提出到2050年從大氣中收集共7億噸二氧化碳，并將其中大部分作為可持續(xù)航空燃料的生產(chǎn)原料

基礎(chǔ)設(shè)施路線圖

• 運(yùn)營(yíng)路線圖

該路線圖提出各國(guó)政府應(yīng)將空中交通管理系統(tǒng)作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部分，并在可持續(xù)民用航空總體戰(zhàn)略中優(yōu)先考慮。通過(guò)空域運(yùn)營(yíng)實(shí)現(xiàn)減排的前提條件是航司、機(jī)場(chǎng)和空中導(dǎo)航服務(wù)機(jī)構(gòu)的投資計(jì)劃保持一致。該路線圖認(rèn)為，當(dāng)前空中交通管理系統(tǒng)效率較低，導(dǎo)致了不必要的燃料消耗和碳排放，但可在短期內(nèi)通過(guò)如下措施取得成效：

①利用區(qū)域性項(xiàng)目為制定全球標(biāo)準(zhǔn)提供參考和樣板，并突出效益和成本

②以環(huán)境和性能為基準(zhǔn)來(lái)衡量進(jìn)展，并將基于軌跡運(yùn)營(yíng)的最佳實(shí)施方案作為范例

③各區(qū)域組成聯(lián)合體，確保在運(yùn)營(yíng)規(guī)劃和實(shí)施階段就考慮空域需求

運(yùn)營(yíng)路線圖

• 金融路線圖

該路線圖提出，實(shí)現(xiàn)2050年航空業(yè)凈零排放所需投資高達(dá)5.3萬(wàn)億美元，年均投資額近1800億美元。該路線圖認(rèn)為，在由投資者承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目早期階段，由政府或公共財(cái)政提供支持來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)是必要的，該額度或占總額的1/3；一旦技術(shù)足夠成熟并展示出商業(yè)前景，在有政策支持的前提下，私人資本將會(huì)介入并承擔(dān)剩余三分之二投資額，大多數(shù)私人資本將在2035年后進(jìn)入。政府支持在以下方面尤為必要：

①繼續(xù)發(fā)展推進(jìn)技術(shù)

②讓所有類型的金融機(jī)構(gòu)（國(guó)際級(jí)到地方級(jí)、政府的和私人的）都參與其中

③解決投資分配的地區(qū)差異

• 政策路線圖

該路線圖認(rèn)為，航空業(yè)不可能僅靠自身實(shí)現(xiàn)凈零排放，監(jiān)管機(jī)構(gòu)和政策制定者的支持是絕對(duì)必要的，且很大程度上決定了2050年能否達(dá)成既定目標(biāo)。該路線圖提出，政策制定者需立即行動(dòng)，給出明晰、全方位、可預(yù)測(cè)的政策框架，才能使利益相關(guān)者有信心為革命性碳減排技術(shù)的發(fā)展提供足額投資，確保相關(guān)技術(shù)快速推向市場(chǎng)。該路線圖認(rèn)為，當(dāng)前還處于向零碳航空過(guò)渡的早期階段，必要的政策框架仍不完備，且不同司法管轄區(qū)尚未協(xié)調(diào)。這些政策支持中的大部分需在2030年前落地，以批準(zhǔn)多種新技術(shù)、認(rèn)證多種新燃料并創(chuàng)造新的市場(chǎng)。在這段時(shí)期，政策需以扶持和保護(hù)的原則、創(chuàng)建公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的理念進(jìn)行引導(dǎo)，還需因地制宜，成熟的經(jīng)濟(jì)體需對(duì)新興市場(chǎng)提供相應(yīng)支持。

政策路線圖

• 研究結(jié)論

總體來(lái)看，國(guó)際航協(xié)認(rèn)為可持續(xù)航空燃料是減碳主力，但不確定性最大；技術(shù)改進(jìn)、新動(dòng)力形式與運(yùn)營(yíng)改善減排比例有限：

①可持續(xù)航空燃料方面，到2050年，它可減少的碳排放總量最高，為11.5億噸，占碳排放總量（約19億噸）的60.5%；但其不確定性最大，根據(jù)國(guó)際民航組織提供的3種應(yīng)用場(chǎng)景，其碳減排最低值為18%、最大值為78%

②飛機(jī)增效方面，可減少1.25億～1.40億噸碳排放，最高約占總量的7.4%，具體數(shù)值取決于相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的時(shí)間

③氫能和電動(dòng)飛機(jī)方面，可減少0.35億～1.25億噸碳排放，最高約占總量的6.6%

④運(yùn)營(yíng)改善方面，改善幅度約占總量的3%～4%左右，但獨(dú)立于其他所有手段并且可以立刻見(jiàn)效。此外，仍有約20%碳排放無(wú)法避免，還需通過(guò)碳捕獲及基于市場(chǎng)的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)航空業(yè)凈零碳排放目標(biāo)；且即使可持續(xù)航空燃料完全取代化石燃料，在其加工、運(yùn)輸?shù)热芷谥幸矔?huì)產(chǎn)生殘余碳排放，必須用碳捕獲來(lái)實(shí)現(xiàn)凈零排放

三、啟示建議 

一是建立定量評(píng)估模型，制定民用航空“雙碳”路線圖。參考美歐及國(guó)際組織相關(guān)研究中采用的評(píng)估模型，結(jié)合我國(guó)航空運(yùn)輸實(shí)際情況，組織專業(yè)力量開(kāi)展研究，綜合考慮飛機(jī)技術(shù)、運(yùn)營(yíng)管理、可持續(xù)航空燃料應(yīng)用、政策等因素，建立碳減排舉措用于我國(guó)民用航空業(yè)的碳減排定量評(píng)估模型，綜合評(píng)估單項(xiàng)及多項(xiàng)舉措應(yīng)用時(shí)減排效益、經(jīng)濟(jì)性、負(fù)面影響等，制定詳細(xì)、可靠的民用航空“雙碳”路線圖，指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。

二是不斷夯實(shí)技術(shù)儲(chǔ)備，穩(wěn)定支持綠色航空相關(guān)技術(shù)群攻關(guān)。翼身融合體、可持續(xù)航空燃料、氫能和電推進(jìn)等已被反復(fù)識(shí)別為綠色航空關(guān)鍵技術(shù)，且美英和歐洲航空強(qiáng)國(guó)已開(kāi)展多項(xiàng)研究、取得顯著成果，正為其未來(lái)設(shè)立新市場(chǎng)門(mén)檻、將技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為產(chǎn)業(yè)壟斷奠定基礎(chǔ)。我國(guó)應(yīng)針對(duì)民用航空“雙碳”路線圖中所識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)群，持續(xù)穩(wěn)定投資支持技術(shù)攻關(guān)，強(qiáng)化技術(shù)驗(yàn)證，不斷夯實(shí)我國(guó)綠色航空技術(shù)儲(chǔ)備，為保證后續(xù)民機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力提供有力技術(shù)保障。

三是創(chuàng)新投融資方式，以政府投資牽引社會(huì)資本，并形成合力。應(yīng)借鑒美英和歐洲航空強(qiáng)國(guó)做法，前期由政府投資開(kāi)發(fā)綠色航空技術(shù)，在達(dá)到合適成熟度（如完成地面演示驗(yàn)證）后開(kāi)放吸引、審慎選擇社會(huì)資本進(jìn)入，通過(guò)社會(huì)資本加速后續(xù)研發(fā)、試驗(yàn)、生產(chǎn)和上市，加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。