要從根本上減少航空運(yùn)輸造成的排放，空中機(jī)動(dòng)性必須是什么樣的？全世界都在討論氫作為一種可能的解決方案。然而，使用氫燃料飛行不僅需要全新的推進(jìn)系統(tǒng)，而且還需要將這行種燃料生產(chǎn)出來(lái)和并運(yùn)輸?shù)綑C(jī)場(chǎng)。

　　如何在確保航空運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)上可行的同時(shí)進(jìn)行這些改變？氣候研究員卡特琳·達(dá)爾曼(Katrin Dahlmann)、飛機(jī)推進(jìn)工程師杰尼克·Häßy (Jannik Häßy)和可再生能源研究員Veatriki Papantoni聚集在一起，討論如何實(shí)現(xiàn)低排放的航空運(yùn)輸。

　　通過(guò)《氣候保護(hù)法》，德國(guó)聯(lián)邦政府的目標(biāo)是到2045年實(shí)現(xiàn)溫室氣體中性。航空運(yùn)輸將在其中發(fā)揮什么作用？

　　Häßy：“2019年，在大流行之前，空中交通排放的二氧化碳約占全球二氧化碳排放量的3%。”

　　“隨著疫苗接種率的提高，商務(wù)和休閑旅游將會(huì)出現(xiàn)反彈。此外，全球?qū)娇章眯械男枨箢A(yù)計(jì)將在未來(lái)幾十年繼續(xù)增長(zhǎng)。”

　　達(dá)爾曼：“特別是在航空運(yùn)輸領(lǐng)域，除排放二氧化碳外，此類(lèi)活動(dòng)的其他影響也對(duì)氣候產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。”

　　“目前，航空運(yùn)輸貢獻(xiàn)了5%的人為溫室效應(yīng)?，F(xiàn)在迫切需要采取行動(dòng)，減少航空運(yùn)輸排放及其對(duì)氣候的影響。”

　　如果你想保護(hù)氣候，一定要減少旅行嗎？

　　Häßy：“在我看來(lái)，這個(gè)世界太多樣化，太美麗了，完全不進(jìn)行長(zhǎng)途旅行是不可能的。跨文化交流對(duì)世界和平至關(guān)重要。也就是說(shuō)，我們需要問(wèn)問(wèn)自己，是否我們的每一次飛行都是必要的。從根本上創(chuàng)新的概念飛機(jī)可以大大降低對(duì)氣候的影響。問(wèn)題是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)時(shí)間很長(zhǎng)。”

　　達(dá)爾曼：“短期內(nèi)，改變飛行模式和航線規(guī)劃可以減少氣候影響。在較低的大氣層中飛行可以減少42%的氣候變暖效應(yīng)。然而，這樣做的一個(gè)問(wèn)題是，飛機(jī)會(huì)消耗更多的燃料，由于空氣阻力增大，飛行速度也會(huì)變慢。”

　　“另一種可能是在特別容易形成尾跡的區(qū)域外圍飛行。編隊(duì)飛行也可以減少溫室氣體排放，減少尾跡的形成。這需要飛行控制和空中交通管理領(lǐng)域的解決方案。”

DLR飛機(jī)推進(jìn)工程師杰尼克·Häßy (Jannik Häßy)

　　有沒(méi)有什么技術(shù)創(chuàng)新可以幫助保護(hù)氣候？

　　Häßy：“今天的飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)可以通過(guò)更大的風(fēng)扇、陶瓷等新材料或更先進(jìn)的冷卻技術(shù)變得更高效，排放更少的溫室氣體。此外，我們可以使用可持續(xù)航空燃料(SAFs)。”

　　“它們導(dǎo)致了一個(gè)封閉的碳循環(huán)，因?yàn)楫?dāng)它們被燃燒時(shí)，它們只會(huì)釋放生產(chǎn)過(guò)程中捕獲的二氧化碳。使用氫作為燃料也能使飛機(jī)引擎完全脫碳。氫要么在飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒，要么在燃料電池中進(jìn)行電化學(xué)轉(zhuǎn)化。然而，這需要很多技術(shù)上的創(chuàng)新。”

　　“一個(gè)例子是不同的儲(chǔ)罐，因?yàn)橐簯B(tài)氫的體積比煤油大，必須在極低的溫度下儲(chǔ)存。”

　　達(dá)爾曼：“新的飛機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)也有助于減少燃料消耗。這將大大提高低空飛行的成本效益，盡管它仍會(huì)有些昂貴。碳排放交易等政策變化可以讓這一舉措在實(shí)踐中更容易實(shí)施，并激勵(lì)航空公司的行動(dòng)。”

　　COVID-19大流行是推動(dòng)創(chuàng)新的好時(shí)機(jī)嗎？

　　達(dá)爾曼：“由于疫情，2020年4月航空客運(yùn)量下降了90%，導(dǎo)致二氧化碳、臭氧和尾跡減少。這意味著短期內(nèi)對(duì)氣候的影響更小。但為了保護(hù)氣候，我們需要長(zhǎng)期的影響。我認(rèn)為，'Fridays for Future'和德國(guó)2021年夏季發(fā)生的風(fēng)暴讓公眾更加意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題。盡管新冠肺炎疫情對(duì)整個(gè)航空業(yè)造成了嚴(yán)重影響，但現(xiàn)在是變革的重要時(shí)刻。”

　　達(dá)爾曼女士，二氧化碳經(jīng)常被認(rèn)為是氣候變化的罪魁禍?zhǔn)祝谝婚_(kāi)始你提到了其他因素，具體是什么？

　　達(dá)爾曼：“除了二氧化碳，傳統(tǒng)燃料燃燒過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生氮氧化物(NOX)。這些物質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生臭氧。平流層的臭氧層保護(hù)地球上的生物免受過(guò)度的太陽(yáng)輻射。”

　　“但在大氣的低層，特別是對(duì)流層的上層，也就是今天飛機(jī)運(yùn)行的地方，臭氧同樣具有全球變暖的效應(yīng)。此外，我們不應(yīng)該低估尾跡的影響(飛機(jī)尾跡，Aircraft Cloud，飛機(jī)飛行中機(jī)尾后面有時(shí)出現(xiàn)的白煙狀長(zhǎng)條凝結(jié)物，是飛機(jī)排出的廢氣與環(huán)境空氣相混合而出現(xiàn)的水汽凝結(jié)現(xiàn)象)。這些是人造云，可以將熱量保留在大氣中。”

DLR氣候研究員卡特琳·達(dá)爾曼(Katrin Dahlmann)

　　Häßy先生，你是否已經(jīng)有了可以解決這些問(wèn)題的推進(jìn)系統(tǒng)的計(jì)劃？

　　Häßy：“一個(gè)完全由氫氣驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)不會(huì)產(chǎn)生任何二氧化碳，主要排放物是水蒸氣。此外，與燃燒傳統(tǒng)燃料或合成燃料相比，可以產(chǎn)生更少的氮氧化物。此外，也沒(méi)有顆粒物形成，從而減少了尾跡的形成。如果氫氣在燃料電池中完成轉(zhuǎn)換，就可以完全消除氮氧化物的排放。”

　　水蒸氣不也是一種強(qiáng)大的溫室氣體嗎？

　　達(dá)爾曼：“是的，沒(méi)錯(cuò)。然而，對(duì)流層上部的水蒸氣只在那里停留很短的時(shí)間。海拔越高，水汽的壽命就越長(zhǎng)，因此對(duì)氣候的影響也就越大。直接氫燃燒會(huì)產(chǎn)生更多的水蒸氣，但研究表明，這只占?xì)夂蛴绊懙?0%。我們目前正在用我們的空氣氣候模型研究這種影響。”

　　今天的飛機(jī)都以類(lèi)似的方式運(yùn)行——使用傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)。如何在使用新技術(shù)的同時(shí)確保機(jī)票價(jià)格保持在可承受范圍內(nèi)？

　　Häßy：“目前，還不清楚哪種技術(shù)將證明自己適用于哪種應(yīng)用。我們目前認(rèn)為燃料電池更適合為小型、短途飛機(jī)提供動(dòng)力。在中長(zhǎng)途飛行中，氫在燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒將成為可能的選擇。”

　　“短期的替代方案將是資產(chǎn)證券化。燃油目前約占商用飛機(jī)運(yùn)營(yíng)成本的20%至30%。SAFs最初將導(dǎo)致這部分成本的增加。然而，DLR正在設(shè)法再次減少它們。例如，這可以通過(guò)修改機(jī)隊(duì)部署計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)。航空公司可以用更小、更高效和充分利用的機(jī)型來(lái)覆蓋更短的距離。然而，票價(jià)肯定會(huì)上漲。”

　　SAFs燃燒產(chǎn)生的二氧化碳對(duì)大氣和地面的影響是否和臭氧一樣？

　　達(dá)爾曼：“不，由于二氧化碳的壽命很長(zhǎng)，它會(huì)在大氣中均勻分布。”

　　如果飛機(jī)經(jīng)歷了這些變化，那么機(jī)場(chǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施也必須適應(yīng)嗎？

　　Papantoni：“使用氫動(dòng)力的飛機(jī)越多，所需的氫氣供應(yīng)量就越大。”

　　“卡車(chē)可以將少量氫運(yùn)往機(jī)場(chǎng)。但隨著需求的增加，相應(yīng)的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張變得必要。在可再生能源潛力巨大的地區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電解將具有成本效益。”

DLR可再生能源研究員Veatriki Papantoni

　　為大型機(jī)隊(duì)提供燃料需要多少氫？

　　Häßy：“每千克燃料中氫所含的能量大約是煤油的三倍。德國(guó)每年大約消耗1000萬(wàn)噸航空煤油，所以如果使用氫燃料，只需要消耗1/3質(zhì)量的煤油。但僅在德國(guó)供應(yīng)是不夠的；目的地機(jī)場(chǎng)也需要有氫氣基礎(chǔ)設(shè)施。”

　　如何可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)足夠的氫氣供全球航空運(yùn)輸使用？

　　Papantoni：“航空運(yùn)輸不是唯一需要?dú)涞男袠I(yè)；鋼鐵、化工或船運(yùn)等難以脫碳的行業(yè)也需要?dú)洹?/u>”