2024年驶向可持续天空：航空业低碳发展的挑战与策略分析报告

关于作者 纳菲萨·洛哈瓦拉是未来资源（RFF）的资深研究员。加入RFF之前，她在密歇根大学获得经济学博士学位，并在印度理工学院坎普尔获得经济学学士-硕士双学位，辅修计算机科学与工程（算法）。Lohawala的研究领域位于产业组织、能源经济学和公共财政的交汇处，重点关注政府政策对交通运输部门产生的环境外部性的作用，以及中重型车辆和航空业的脱碳战略。 文志清（菲比）文她是RFF的前实习生，目前在哈佛T.H. Chan公共卫生学院攻读环境健康专业的硕士学位，主修风险评估科学。在此之前，她毕业于威斯康星大学麦迪逊分校，获得环境科学学士学位。她对空气污染、脱碳以及人类风险评估感兴趣。她的研究聚焦于航空领域的环境和健康影响。 致谢 我们感谢Anna Stratton、Beia Spiller、Billy Pizer、Dan Shawhan、Divya Sanghi、Jingran Zhang、Mike Toman、Sebastian Eastham、XuanTeng、Yongjoon Park以及Joby Aviation和United Airlines的个人，感谢他们宝贵的意见、评论和建议。所有错误均由我们自行承担。 关于RFF 未来资源研究所（RFF）是一家位于华盛顿特区的独立、非营利性研究机构。其使命是通过公正的经济研究和政策参与，改善环境、能源和自然资源决策。RFF致力于成为研究洞察和政策解决方案最广泛信赖的来源，以实现健康的环境和繁荣的经济。 此处所表达的观点为个人作者之见，可能与其他RFF专家、其官员或董事的观点有所不同。 分享我们的工作 我们的工作可在署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际（CC BY-NC-ND 4.0）许可下共享和改编。您可以在任何媒介或格式中复制和重新分发我们的材料；您必须给予适当的署名，提供许可链接，并指出是否进行了修改，且不得施加额外的限制。您可以在任何合理的方式下进行，但不得以任何方式暗示许可方认可您或您的使用。您不得将材料用于商业目的。如果您混合、转换或在此基础上构建材料，您不得分发修改后的材料。如需更多信息，请访问https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. 摘要 航空业，对于全球连通性至关重要，对气候变化、排放有着显著贡献，占总体排放的3.5%。 占总人类活动引起的二氧化碳排放量的2.5%。 人类对地球大气层能量平衡造成的改变。该行业的排放量自20世纪80年代中期以来已翻倍，预测显示未来还将继续增加。CO 到2050年需求可能增加三倍，凸显了在平衡经济效益和环境影响方面采用更绿色解决方案的紧迫性。然而，挑战众多，例如可持续航空燃料的高成本和可持续性担忧、替代技术（如氢能和电动飞机）的有限能力、以及广泛基础设施和国际合作的需求。报告概述了更绿色航空的不同替代方案及其相关挑战，讨论了政策方法，并突出了未来研究以有效减少该行业环境足迹的领域。 内容 执行摘要1 航空业的环境影响1挑战1政策解决方案4开放式问题5 1. 引言 7 2. 航空业的环境影响 9 123. 挑战 1：扩大可持续航空技术的规模 1318213.1. 可持续航空燃料3.2. 氢动力飞机3.3. 电动飞机3.4. 混合动力电动飞机 244. 挑战2：乘客行为的自愿性变化 第5个挑战：运营与管理 26 7. 不同利益相关者可以采取的行动 29 8. 政策解决方案 30 438.4. 公司差旅政策的变化 438.2. 推进航空技术政策 368.1 关于促进可持续航空燃料生产和使用政策的措施8.3. 改变消费者行为的政策 40第八节 建设可持续机场的政策 9. 开放性问题 45 9.4. 与国家责任相关的问题 533.3. 与机场排放相关的问题 529.2. 与消费者行为相关的问题 509.1. 关于可持续航空技术的问题 45 第10. 结论 53 参考文献 55 执行摘要 本报告概述了可持续航空，主要关注商业航空，同时也涉及广泛的航空运营。它阐述了美国及全球绿色航空面临的挑战、策略和政策努力。重要的是，它确定了政策发展的关键研究领域，为对航空可持续性感兴趣的研究人员提供入门指南。 航空业的环境影响 商用航空预计占总能源平衡中人为影响的约3.5%。其中，三分之一的影响预计来自二氧化碳排放，其余则来自非二氧化碳排放。 22）和尾迹云——常常是又长又细的云。因素，如一氧化二氮（NO）x 在寒冷和潮湿条件下，飞机后面形成的气团会困住大气热量。令人担忧的是，自20世纪80年代中期以来，航空领域的二氧化碳排放量已翻倍，并且可能进一步增加。 占总的CO预算的四分之一，以限制到2050年将全球变暖限制在1.5°C以内。近期2 机场和飞机运营增加了污染物，如氮氧化物和臭氧，对环境产生负面影响。 挑战影响空气质量及人类健康。此外，机场运营和扩建常常会增加附近社区的噪音污染。最后，旧型小型活塞发动机飞机在较小的非商业运营中排放的铅是美国的最大铅源，并带来显著的健康风险。扩大可持续航空技术规模：在常规飞机中，通过技术手段如气动设计、 高级引擎和减轻重量等方法可以提高燃油效率。航空公司的运营效率也通过优化飞行路线、高度和速度管理以及减少跑道空转来提升。然而，尽管有这些改进，由于航空交通量的增加，常规飞机的排放量仍在上升。 在近期至中期内，可持续航空燃料（SAF）为传统喷气燃料提供了一种可行的更绿色替代品。它与现有飞机兼容，可以减少温室气体排放高达100%，并减少50-70%的尾迹形成，同时与传统的喷气燃料相比，还能改善空气质量。SAF可由各种原材料生产，如脂肪、油脂、糖、市政废物等，采用不同的途径，如水处理酯和脂肪酸。捕获的二氧化碳 2酸类（HEFA）、费托合成（FT）、醇制喷气燃料（ATJ）和电力制液（ 减排方案——国际航空（ CORSIA ）和伊贡绿——温室气体、交通行业的受控排放和能源使用。 原料供应是一个重大的障碍，尤其是对于HEFA原料，如废油，这些原料本质上有限。尽管农业原料在理论上可以扩大，但来自可再生柴油等领域的竞争——提供了挑战。新兴的PtL技术——利用丰富的水和CO 解决方案。然而，生产过程的早期阶段和高能耗特性导致了高生产成本。此外，其环境效益取决于可持续的来源（例如，为水的电解提供可再生能源）。 SAF的金融环境具有挑战性，高昂的生产成本和市场风险阻碍了私人投资，使可再生柴油对生产商更具吸引力。政府支持和明确的激励措施对其经济可行性至关重要。此外，分销和与常规喷气燃料混合的基础设施需要进一步发展。最后，SAF中低芳香烃含量具有双重作用：它为减少排放提供了机会，具有显著的环境效益，但同时也构成挑战，因为它可能损害旧飞机发动机的密封性，需要新的、兼容的密封技术。 在更长远的未来，氢能飞机和电动飞机也可能有助于满足航空业可持续性和环境目标。然而，这两种飞机都面临独特的挑战。最重要的是，由于替代燃料的能量密度低于煤油，它们相比传统飞机拥有较低的载客量和航程。尽管如此，氢能飞机在电动飞机中具有优势。 使用氢气，无论是在燃烧发动机还是燃料电池中，都能显著减少碳排放和其他空气污染物。对于储存，飞机依赖于液态氢，它空间效率高，但需要先进低温技术，或者压缩氢气，它效率较低，需要高压系统。国际清洁运输委员会（ICCT）的估算表明，到2035年，液态氢能够使窄体飞机承载165名乘客飞行3400公里以上，以及涡桨飞机承载70名乘客飞行1400公里以上，使得氢能飞行产生的排放量大幅度降低。商业上可行。在2018年，大约三分之一的航空CO2 从1500公里以下的航班；ICCT的预测表明，氢能飞机有可能在长期内替代这些排放。 主要部署挑战包括安全担忧、由于历史风险导致的公众认知混合，以及氢储存和处理所需的基础设施广泛需求。乘客在机上加油可能不可行，从而增加机场运营成本。生产和交付氢气也是昂贵且复杂的，清洁氢气的成本更高。此外，确保在部署氢解决方案中实现环境正义对于解决氢价值链中的不平等至关重要。氢能飞机也可能增加尾迹形成，影响气候变化。最后，扩大规模需要跨各个行业的合作。 电动飞机，另一方面，飞行过程中的排放为零，且维护需求较低，但受到电池技术的严重限制。这种限制影响了它们的航程和载重量，使它们局限于非常短的飞行。国际清洁运输委员会（ICCT）的估计表明，即使电池技术提高到目前效率的两倍，载客量约为90人的电动飞机可能只能覆盖280公里以内的距离。这种有限的航程意味着它们对航空业气候影响的影响极小。然而，它们可以通过减少喷气燃料航班起飞次数来改善空气质量。广泛的采用需要先进的充电基础设施和可能的主要电网升级。它们的环境效益还取决于充电它们的能源是否来自可再生能源。最近的技术进步使得短途城市飞行变得可行，有研究表明，电动垂直起降飞机在短途距离上减少排放的效果可能比电动汽车更有效。 混合动力飞机技术，这种在飞行中利用多种能源组合的技术，正在成为一种有希望的解决方案。相较于纯电动或氢能动力替代方案，这些技术更能方便地适应当前的飞机设计。 自愿性乘客行为变化另一个挑战在于说服乘客做出可持续的选择，例如选择铁路、碳补偿项目或低排放航班。许多人对航空旅行钟爱有加，即使是短途出行也是如此，尽管市场上已有更环保的选择。鼓励乘客缩短旅途时选择铁路，需要改善基础设施、设定有竞争力的价格以及提高公众意识，这些都需要大量投资且复杂。碳补偿提供了一种替代方案，但它们的效力存在争议，因为验证挑战和潜在的社区影响。此外，由于来自不同航班比较网站的信息不一致，以及对标准化排放计算方法的需求，让乘客选择低排放航班变得更加复杂。 运营与管理：努力改善航空运营，例如优化飞行计划和发动机设置，可以进一步减少排放，但需要在最小化空气质量影响和削减CO之间取得微妙的平衡。 排放，并保持乘客满意度。研究表明，减少二氧化碳排放有时会增加人群对其他污染物的暴露。 此外，通过降低飞行速度来减少二氧化碳排放的努力可能会导致飞行时间更长。2 时间，可能影响旅客体验。最后，实现机场地面运营的脱碳，例如通过电气化地面支持设备和穿梭巴士以及提高机场建筑能源效率，可以进一步帮助减少这一行业的负面影响，但这需要综合电网基础设施升级、财务投资、技术创新、可持续能源来源、运营变更、培训和支持性政策。 不明确的国家级责任：根据《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），国际飞行的排放量分别记录在各国国家总量之外。相反，由于它们发生在国际水域或领空，它们被归类于“船舶燃料”，这使得具体国家对特定国家的责任追究工作变得复杂。在1997年京都议定书的制定过程中： 协议规定，各国同意通过国际民航组织（ICAO）的谈判来解决这些加油站的排放问题，而不是通过《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）。无论是否为因果关系，这都允许列入附件I的国家在这些领域的排放增加，而不会影响它们的减排承诺。例如，美国航空业加油站的排放量从1990年到2019年翻了一番。 尽管2015年巴黎协定涵盖了所有人为排放，但其缺乏具体性导致各方提交的国家自主贡献（NDCs）主要关注国内排放，使得国际交通在很大程度上未得到解决。 CORSIA，由国际民用航空组织在2016年推出，旨在管理国际航空排放，主要关注航空公司。然而，有效减排需要超越航空公司的利益相关者参与，强调各国对这些排放负有责任。 政策解决方案 推动可持续航空燃料（SAF）生产和使用的政策：金融激励，如补助金和税收抵免，可以降低生产和使用成本，支持原料种植、基础设施和研发（R&D）。此类支持措施的例子包括美国能源部的商业规模可持续航空燃料（SAF）项目贷款担保以及《通货膨胀减免法案》（IRA）下的SAF税收抵免。 市场化的策略，例如欧盟的碳排放交易体系和国际民航组织（ICAO）的碳抵消和减排计划（CORSIA），可以鼓励航空公司使用可持续航空燃料（SAF）。这种方法也可以通过提高需求间接促进更加节能的飞