氢燃料能减少航空对气候的影响吗？（英）

大西洋理事会 全球能源中心 问题简单 2023年3月 氢燃料 减少航空的气候影响吗? 由约瑟夫•韦伯斯特 介绍 一 美国希望减少温室气体排放， 降低碳足迹需要采取上述所有战略 跨越多个部门。航空业排放量的减少将是对于确保美国实现其排放目标至关重要。的确，航空业的能源相关碳约占7.2亿吨 个 排放，世界对喷气式飞机旅行的需求几乎持续增加 几十年来，除了COVID-19大流行期间的重要例外。1 然而，随着大流行最严重的情况似乎在后视镜中，帕斯——圣吉吞吐量正在反弹。 减少航空业的温室气体排放将需要 新能源资源。液氢燃料（H）已成为一种2 传统喷气燃料的有前途的替代品。替代清洁能源选择 对于航空，例如电池和可持续航空燃料（SAF），存在但具有局限性。一些分析家已经确定了清洁氨，这是生产的 通过清洁电力从氢气和氮气，作为潜在的替代品液氢。然而，这项研究假设后者将在 燃料竞争，作为绝大多数技术航空专家 接受笔者采访认为液体H最终会被采用2 行业。由于很少有替代技术可用于系统脱碳航空业的骨化，政策制定者必须密切注意研究氢在航空脱碳中的作用。 全球能源中心促进能源安全与政府合作, 工业、公民社会和公众利益相关者制定布拉格- geopoliti-电气自动方式的解决方案卡尔,可持续性和经济 改变的挑战 全球能源格局。 未来十年或更长时间需要应对的几个挑战 在该行业开始转换为或部分转换为氢气之前。工程师必须设计飞机来容纳氢气;氢燃料 基础设施虽然在美国增长，但必须进一步扩展到 大规模支持氢喷气燃料需求;以及其他氢气用途，例如作为长途卡车运输，将改善经济案例。本期简报将审查这些挑战，以及纳入avia- 在新兴的氢经济和能源转型中。 1“航空”，国际能源署，2022年9月，第https://www.iea.org/reports/aviation页。 替代喷气燃料的必要性最近的美国运输安全管理局（TSA） 旅客吞吐量数据显示，2022年旅客吞吐量 我 在美国，数据来自环境保护局 美国环保署（EPA）显示，总旅行次数 2021年的ERS比2020年的水平增长了76%，达到 2019年近66%的吞吐量水平。2 图1:美国飞机乘客的数量 数百万 1200 1000 800 600 400 200 吞吐量将达到2019年水平的90%以上。3 随着乘客重返天空，与航空相关的排放—— Sions也将上升。事实上，与航空相关的排放量上升从2013年持续到大流行暂时 建立空中交通。 国内国际 来源:“乘客：所有承运人-所有机场”，运输统计局，上次访问时间为2022年11月21日， https://www.transtats.bts.gov/Data_Elements.aspx?Data=5。 2“乘客：所有承运人-所有机场”，运输统计局，上次访问时间为2022年11月21日， https://www.transtats.bts.gov/Data_Elements.aspx?Data=5。 3“TSA检查站旅行号码（本年度与上一年/同一工作日）”，美国运输安全管理局，最后更新2022年11月21日，https://www.tsa.gov/coronavirus/passenger-throughput。 图2:美国航空排放 几百万吨有限公司2-e 2007000 6800 150 100 50 0 2011201220132014201520162017201820192020 商业航空军用飞机通用航空美国排放总量(RHS) 6600 6400 6200 6000 5800 5600 5400 源:环境保护局4 消费者对航空旅行的强劲需求不仅仅是美国的故事。国际航空运输协会（IATA）指出 预计2022年全球运营航班总数将 达到3380万，占2019年水平的近87%。这5 国际航空运输协会还预计客运收入将增加 从2021年的2390亿美元到2022年的4980亿美元，一个 增幅超过108%。作为全球中产阶级6 舱位扩大，对航空旅行的需求-因此，对喷气式飞机的需求燃料——也会增加。虽然商务旅行仍然存在 由于新冠肺炎疫情，对商业航班的需求将下降在可预见的未来，可能会继续上升。航空 需求和航空部门的温室气体排放 因此，（温室气体）将从大流行水平上升，需要能够节约的可持续方法 卡莉大规模减少排放。 清洁的选项为空中交通 R 美国在工业、政府和学术界正在探索减少航空气候的选择 影响通过其他类型的燃料或电力来源。传统喷气燃料的替代品包括面糊IES，在飞行过程中不产生排放;可持续的航空燃料（SAF），碳排放量较低; 和氢气，用作燃料时会释放水。 虽然电池和SAF可以相对实施 很快，它们并不代表长期解决方案，因为扩展的重大（可能不可逾越）障碍 适合长途旅行，最终满足 4“美国温室气体排放和汇清单：1990-2020。”美国环境保护署，2022年，表ES-2，37，https://www。epa.gov/system/files/documents/2022-04/us-ghg-inventory-2022-main-text.pdf.;“关于运输温室气体排放的快速事实。”我们 环境保护局，2022年7月14日，https://www.epa.gov/greenvehicles/fast-facts-transportation-greenhouse-gas-emissions。“速记：美国运输部门温室气体排放量，1990-2020“美国环境保护署，2022年5月，第https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF页。 cgi?Dockey=P10153PC.pdf。 5“旅行复苏重建航空公司盈利能力——有弹性的行业将亏损减少到97亿美元”，国际航空运输协会，新闻稿， 6月20，2022，https://www.iata.org/en/pressroom/2022-releases/2022-06-20-02/#:~:text=Flights%20operated%20in%202022%20are,%24239%20 十亿%20生成202021年%%20。 6同前。 全球航空业的要求。电池是通常被认为不适合长途飞行 由于他们的重量要求。事实上，喷气燃料的能量密度为每公斤43兆焦耳（MJ/kg）— 与当今锂离子面糊中仅发现的0.72MJ/kg相比- 是的7。因此，电动飞机需要携带大型电池组，尤其是长途航班，这将限制可用席位的数量和危害电池供电飞机的经济性。另一方面 手，SAF，它依赖于废油和脂肪以及 木质生物质，可能会面临供应限制。加法- 盟友，尽管SAF成本正在下降，但它们仍然在下降 供应链，从生成开始并持续 通过传输、最终使用和存储;难度 产生和处理液体H，必须冷冻至2 -253摄氏度;最后，不同的标准和规则,尤其是在国际航线。 温室气体对气候变化的影响也存在不确定性。 水蒸气的痕迹。国际航空运输协会的一项研究估计，H2 燃烧排放的水蒸气大约是2.6倍煤油燃料。根据210021年发表在 自然，ContrailCirrus是最大的单笔贡献航空净有效辐射强迫，大于飞机 大约比煤油贵三到四倍。 最后，SAF并非没有排放，因为它仍然释放煤油喷气燃料释放的碳的五分之一。而SAF将在航空脱碳中发挥作用，特别是 在短期和中期，由于其多功能性和 作为即用型燃料的易用性，政策制定者可能需要优先考虑H喷气燃2料的发展，以实现本世纪中叶 8二氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）排放。11 2 净有效辐射强迫，或发生的条件 9当进入地球大气的能量——球体不同于离开的能量量 它可以迫使地球气候发生变化。因此12 正在进行的一些研究将使航空公司能够 避免凉爽潮湿的空气，这可能导致Contrailforma- 零的目标。“说。1空3中客车公司已经启动了一项测试计划来研究 氢内燃机产生的痕迹。而14 越来越被视为一个环境——氢 对难以去除的燃料友好且具有成本效益的燃料来源碳化行业，包括航空。不像烧煤 或其他碳氢化合物，氢燃烧或用于 燃料电池产生的水作为副产品，而不是碳或 其他温室气体。尽管大多数现有的氢燃料都是赞成由碳氢化合物制成，也可以通过以下方式生产 由可再生能源或极低排放驱动的工艺能源，包括太阳能、风能、天然气碳储存和核能。人们普遍期待氢能 成为可再生能源采用的更清洁的燃料来源由于《降低通货膨胀法》的气候促进而增加愿景。 迄今为止，氢的发展一直受到以下因素的限制多种因素，包括：经济劣势 其他燃料来源;适应设备的挑战 表示“状态”为H2燃料在非传统应用程序,如 钢铁、水泥和卡车运输;沿线有限的H基础设施2 关于Contrail形成的科学辩论仍然没有 解决后，这是一个重要的研究领域，因为它具有强大的多弧离子镀温室气体的影响。 围绕氢经济的一些问题 正在解决争吵不堪的问题。作为H技术控制2 市场力量将持续推动 氢价走低，而政府正在动员 改善H经济学的资源（包括通2过美国能源部的氢弹计划，其中寻求将清洁氢的成本降低80%， 十年内每公斤1美元，或“111”目标）。15 美国的清洁氢也得到了 通货膨胀降低法案（IRA），美国颁布的法律2022年8月。该立法为以下方面提供了支持整个氢价值链，激励措施扩展到 制造业和采矿业、清洁能源发电和 H2每公斤3美元的税收抵免。16大量研究 7JohnathanHolladay、ZiaAbdullah和JoshuaHeyne，“可持续航空燃料：技术途径回顾”，美国能源部，九月2020年，https://www.energy.gov/sites/prod/files/2020/09/f78/beto-sust-aviation-fuel-sep-2020.pdf。 8SiddharthVikramPhilip和BenElgin，“航空公司急于使用可持续燃料，但供应有限”，彭博社，2021年11月10日， https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-11-10/airlines-rush-toward-sustainable-fuel-but-supplies-are-limited?sref=lDgLmqjg。 9彼得·威尔逊，“由可持续燃料驱动的客机仍然是一个遥远的目标，”纽约时报2022年6月29日,https://www.nytimes.com/2022/06/29/climate/planes-sustainable-fuel-flight.html。 10“液氢作为航空的潜在低碳燃料”，国际航空运输协会，2019年8月， https://www.iata.org/contentassets/d13875e9ed784f75bac90f000760e998/fact_sheet7-hydrogen-fact-sheet_072020.pdf。 11ChristianeVoigt等人，“更清洁的航空燃料燃烧可以减少凝结尾迹混浊，”通信地球与环境2,https://doi.org/10.1038/s43247-021-00174-y。 12大卫·钱德勒和克里·伊曼纽尔，“辐射强迫”，麻省理工学院气候门户网站，2020年9月25日，https://climate.mit.edu/explainers/radiative-强迫#：~：文本=辐射%20强迫%20是%20什么%20发生，红外线%20辐射%20退出%20as%20热。 13JenniferChu，“新地图显示2020年美国上空的飞机凝结尾迹急剧下降”，麻省理工学院新闻，2022年3月7日， https://news.mit.edu/2022/airplane-contrails-map-0307。 14“空中客车公司将接受氢凝迹表征挑战”，空中客车公司，新闻稿，2022年7月20日， https://www.airbus.com/en/