如何減少飛機的碳排放

 

在具備可持續(xù)的航空燃料之后，還需要相應的以發(fā)動機為代表的關鍵設備能夠支持它。

 

航空發(fā)動機龍頭GE表示，所有GE和其合資公司生產(chǎn)的發(fā)動機都可以適用獲得許可的可持續(xù)燃料，這是由于獲批的可持續(xù)燃料意味著其與化石航空燃料有同樣的標準，可以直接摻入，與現(xiàn)有的商業(yè)航空飛機兼容，而無需對發(fā)動機、燃料配送和儲存設施做特殊改造。

 

目前，ASTM許可的可持續(xù)燃料最高的摻混比例為50%。不過，在測試中，GE及其合資公司生產(chǎn)的多款發(fā)動機都已經(jīng)實現(xiàn)了100%使用可持續(xù)燃料的測試飛行。

 

GE以及其與賽峰的合資公司CFM國際，為全球四分之三的商業(yè)飛機提供發(fā)動機。通過提高發(fā)動機的效率，不僅節(jié)約飛機運營的成本，也直接減少了碳排放。相比上世紀七八十年代的發(fā)動機，當前減少了40%的碳排放。

 

2021年，CFM國際啟動了“可持續(xù)發(fā)動機革命性技術驗證項目”（RISE）。據(jù)GE全球副總裁、GE中國總裁兼GE航空航天集團大中華區(qū)總裁向偉明介紹，RISE旨在投資未來航空，希望通過一系列全新顛覆性技術，研發(fā)開放式風扇架構、混動技術、陶瓷基復合材料（CMCs）、增材制造等技術，在現(xiàn)役“省油爆款”LEAP飛機發(fā)動機基礎上，進一步減少20%以上的油耗和二氧化碳排放，并且能與可持續(xù)航空燃料（SAF）和氫等清潔能源實現(xiàn)100%兼容。

 

向偉明表示，如果僅依賴現(xiàn)階段漸進式燃料效率提升，航空業(yè)將無法實現(xiàn)2050年凈零碳排放目標。革命性創(chuàng)新技術才是眾之所盼。“這也是為什么我們認為現(xiàn)在就是大力研發(fā)開放式風扇架構的絕佳時機。這種先進的發(fā)動機架構將為CFM國際的發(fā)動機效率躍升打開大門，我們的測試路線圖也都圍繞這一點。我們將持續(xù)驗證并完善這些技術，以打造可持續(xù)的未來航空。”

 

當前，GE正在同CFM國際團隊、空客、波音、美國宇航局（NASA）等合作伙伴進行協(xié)同技術驗證，計劃在2025年左右進行地面試驗和飛行測試，2035年左右投入使用。

 

這一研發(fā)周期，也是航空領域技術迭代的一個縮影。航空作為復雜高端的制造業(yè)，涉及多項基礎技術，并且需要保障安全，其技術換代，通常需要較長的研發(fā)周期。

 

今年慶祝了131歲生日的大型多元化公司GE，在2021年11月宣布拆分，成立三家分別專注于航空、能源、醫(yī)療領域的獨立上市公司，其中GE HealthCare已經(jīng)在今年1月4日正式獨立上市。在其公司的發(fā)展歷史上，航空研發(fā)的發(fā)動機和發(fā)電研發(fā)的燃氣輪機，在空氣動力學、燃燒流場分析等基礎技術研發(fā)上其實也有共通之處，其原理都是為了提高發(fā)動機、燃氣輪機的效率，進而能夠減少碳排放。

 

GE的燃氣輪機有一類航改燃機，就是將航空發(fā)動機改為燃氣輪機，如GE的LM2500和LM6000航改燃機都來自GE此前開發(fā)的CF6發(fā)動機。在歷史上，二者曾共享空氣動力學和傳熱學的開發(fā)團隊和開發(fā)工具。在新材料的開發(fā)中，一般是航空主導，之后應用到燃機領域。但也有材料是GE的發(fā)電部門先研發(fā)，然后在航空領域應用，如陶瓷基復合材料，起初在工業(yè)設備上使用，如今在LEAP系列航空發(fā)動機中首次使用這一材料。

 

除了兼容可持續(xù)燃料，提高發(fā)動機效率，向更遠的未來展望，混動、電動技術，氫能飛機也將在未來有一席之地。

 

在電動、混動方面，GE正在與美國宇航局和波音公司合作，開發(fā)一個兆瓦級混合電力推進系統(tǒng)，計劃在本世紀20年代末進行地面和飛行測試、在30年代中期投入使用。

 

氫能方面，2022年2月，GE宣布CFM國際正在與空客合作推進氫能飛機的示范項目，計劃在本世紀20年代內(nèi)實現(xiàn)使用氫能內(nèi)燃機完成地面和飛行測試。

 

不過電動和氫能飛機，在可見的未來或許只能在短途、少客量的航班中有用武之地，可持續(xù)燃料仍將是當前最重要的減碳技術。

 

根據(jù)航空行動運輸小組（ATAG）在2021年9月發(fā)布的《2050路徑報告》（Waypoint 2050）預測，從2030年開始，混合電力和氫能有望在通航和支線航空中實現(xiàn)應用。到2050年，在長途航線上，SAF仍然是唯一可行的減碳技術，氫能發(fā)動機有望在中短途航線上有所應用。毋庸置疑的是，在未來，航空減碳需要多種技術結合使用。