如何减少飞机的碳排放

 

在具备可持续的航空燃料之后，还需要相应的以发动机为代表的关键设备能够支持它。

 

航空发动机龙头GE表示，所有GE和其合资公司生产的发动机都可以适用获得许可的可持续燃料，这是由于获批的可持续燃料意味着其与化石航空燃料有同样的标准，可以直接掺入，与现有的商业航空飞机兼容，而无需对发动机、燃料配送和储存设施做特殊改造。

 

目前，ASTM许可的可持续燃料最高的掺混比例为50%。不过，在测试中，GE及其合资公司生产的多款发动机都已经实现了100%使用可持续燃料的测试飞行。

 

GE以及其与赛峰的合资公司CFM国际，为全球四分之三的商业飞机提供发动机。通过提高发动机的效率，不仅节约飞机运营的成本，也直接减少了碳排放。相比上世纪七八十年代的发动机，当前减少了40%的碳排放。

 

2021年，CFM国际启动了“可持续发动机革命性技术验证项目”（RISE）。据GE全球副总裁、GE中国总裁兼GE航空航天集团大中华区总裁向伟明介绍，RISE旨在投资未来航空，希望通过一系列全新颠覆性技术，研发开放式风扇架构、混动技术、陶瓷基复合材料（CMCs）、增材制造等技术，在现役“省油爆款”LEAP飞机发动机基础上，进一步减少20%以上的油耗和二氧化碳排放，并且能与可持续航空燃料（SAF）和氢等清洁能源实现100%兼容。

 

向伟明表示，如果仅依赖现阶段渐进式燃料效率提升，航空业将无法实现2050年净零碳排放目标。革命性创新技术才是众之所盼。“这也是为什么我们认为现在就是大力研发开放式风扇架构的绝佳时机。这种先进的发动机架构将为CFM国际的发动机效率跃升打开大门，我们的测试路线图也都围绕这一点。我们将持续验证并完善这些技术，以打造可持续的未来航空。”

 

当前，GE正在同CFM国际团队、空客、波音、美国宇航局（NASA）等合作伙伴进行协同技术验证，计划在2025年左右进行地面试验和飞行测试，2035年左右投入使用。

 

这一研发周期，也是航空领域技术迭代的一个缩影。航空作为复杂高端的制造业，涉及多项基础技术，并且需要保障安全，其技术换代，通常需要较长的研发周期。

 

今年庆祝了131岁生日的大型多元化公司GE，在2021年11月宣布拆分，成立三家分别专注于航空、能源、医疗领域的独立上市公司，其中GE HealthCare已经在今年1月4日正式独立上市。在其公司的发展历史上，航空研发的发动机和发电研发的燃气轮机，在空气动力学、燃烧流场分析等基础技术研发上其实也有共通之处，其原理都是为了提高发动机、燃气轮机的效率，进而能够减少碳排放。

 

GE的燃气轮机有一类航改燃机，就是将航空发动机改为燃气轮机，如GE的LM2500和LM6000航改燃机都来自GE此前开发的CF6发动机。在历史上，二者曾共享空气动力学和传热学的开发团队和开发工具。在新材料的开发中，一般是航空主导，之后应用到燃机领域。但也有材料是GE的发电部门先研发，然后在航空领域应用，如陶瓷基复合材料，起初在工业设备上使用，如今在LEAP系列航空发动机中首次使用这一材料。

 

除了兼容可持续燃料，提高发动机效率，向更远的未来展望，混动、电动技术，氢能飞机也将在未来有一席之地。

 

在电动、混动方面，GE正在与美国宇航局和波音公司合作，开发一个兆瓦级混合电力推进系统，计划在本世纪20年代末进行地面和飞行测试、在30年代中期投入使用。

 

氢能方面，2022年2月，GE宣布CFM国际正在与空客合作推进氢能飞机的示范项目，计划在本世纪20年代内实现使用氢能内燃机完成地面和飞行测试。

 

不过电动和氢能飞机，在可见的未来或许只能在短途、少客量的航班中有用武之地，可持续燃料仍将是当前最重要的减碳技术。

 

根据航空行动运输小组（ATAG）在2021年9月发布的《2050路径报告》（Waypoint 2050）预测，从2030年开始，混合电力和氢能有望在通航和支线航空中实现应用。到2050年，在长途航线上，SAF仍然是唯一可行的减碳技术，氢能发动机有望在中短途航线上有所应用。毋庸置疑的是，在未来，航空减碳需要多种技术结合使用。