航空业占全球能源相关排放的2%以上，若计入凝结尾迹，其对全球变暖的影响更大。
由于清洁氢能在2030年代中期之前不太可能实现商业可行，航空业正将希望寄托于可持续航空燃料（SAF）。
航空公司、飞机制造商、燃料生产商、机场和政府需要共同努力，零排放飞行才能真正起飞。
11月27日，航空史上留下了一个小小的印记：劳斯莱斯完成了全球首次对一台现代纯靠清洁氢能驱动的飞机发动机的测试运行。虽然该技术预计要到2030年代中期才具备商业可行性，但此次测试使航空业离实现零碳长途飞行这一圣杯又近了一步。
清洁氢能动力客机的出现还需十余年，因此业界近期的净零希望寄托于可持续航空燃料（SAF）。本文探讨如何以符合1.5ºC路径所要求的速度和规模，加快这一革命性飞机动力方式的供应与需求。
航空业同意调整其飞行计划
自1960年以来的六十年间，乘坐飞机出行的人数激增，从1亿人次增至2019年的40多亿人次。国际航空运输协会（IATA）预计，乘客人数将在2024年后超过疫情前水平，并可能在2050年前超过100亿人次。尽管航空业对全球贸易和相互理解的益处毋庸置疑，但这些益处是以对地球的代价换来的。
2021年，航空业占全球能源相关二氧化碳排放量的2%以上，据国际能源署（IEA）数据。若计入在高空燃烧化石航空煤油时产生的凝结尾迹所带来的增温效应，航空业的全球变暖影响会加剧。
近几十年来，航空业的排放增长快于公路、铁路或航运，例如在欧洲，航空排放2005年至2019年间增长了24%。尽管疫情期间排放量骤降40%，但国际能源署预计，航空排放将在几年内超过2019年水平——若不采取任何减排措施，到2050年可能增至三倍。航空业必须调整飞行计划，而且要尽快。
该行业于2021年9月同意承诺到2050年实现二氧化碳净零排放。10月，184个政府在国际民用航空组织（ICAO）的主持下齐聚一堂，国际民用航空组织（ICAO）采纳了同一长期目标。这是前所未有的举措。
目的地已经明确，但通往目的地的飞行计划又是什么呢？
今年早些时候，Mission Possible Partnership与世界经济论坛发布了全球首个符合1.5ºC路径的航空转型战略，由70家企业合作伙伴共同支持。
该战略描绘了一条“审慎”路径，到2050年实现95%的脱碳，其中可持续航空燃料发挥主导作用（占45%），同时借助多种选择实现剩余减排，包括燃料与飞机能效提升、清洁氢能、短途航班的电池电力以及优化空中航行。
让我们更深入地了解可持续航空燃料，以及它们如何让低碳飞行的梦想更接近现实。
推动可持续航空燃料可行的三大优先事项
目前市场上可购得的SAF通常是由植物油或由甘蔗、玉米等作物衍生的乙醇制成的生物燃料。根据制造所用原料的不同，它们已能实现60%至85%的二氧化碳减排。
SAF的一大优势在于它是“即插即用”型燃料——无需对飞机进行昂贵的改装，或在机场建设特殊基础设施，即可直接注入飞机油箱。目前的法规仅允许商业飞机使用SAF与普通航空煤油按50/50比例的混合燃料。
但在3月，空客成功测试了其A380——全球最大的客机——其四台发动机之一使用100% SAF。空客还在其他机型及一架直升机上进行过类似测试。6月，一家瑞典地区航空公司完成了全球首次飞行测试，该商用飞机两台发动机均使用SAF。商用飞机两台发动机均使用SAF飞行。
好消息就说到这里。坏消息是，SAF仍然非常昂贵，价格为2019年传统航空煤油价格的两至五倍不等。因此，目前SAF占全球航空燃料消耗量不足0.1%——这是一小步，需要变成一大步。
空客是由论坛的Clean Skies for Tomorrow倡议于2021年9月召集的100多家企业之一，该倡议设定了一个到2030年，SAF在全球满足航空燃料需求10%的目标。要实现这一目标，必须做到三件事：
扩大供应规模：产量需要提高五到六倍，才能在2030年实现10%的目标。这将需要至少300座新的可持续航空燃料工厂。
降低成本：若无行业需求信号，燃料生产商不会投资这些新的SAF工厂。但除非价格下降，否则航空公司也不会购买足够的SAF来发出这一信号。
由政府和企业发出清晰的市场与需求信号：政府必须通过激励措施、税收抵免和强制性规定相结合的方式，帮助启动SAF生产投资。领先的航空企业可以承诺签订长期购买协议，以降低燃料供应商的投资风险。
先行者联盟为“超级SAF”发出需求信号
要克服扩大SAF规模的两大主要障碍——价格与供应——需要有人率先行动。今年5月，美国联合航空率先与一家海外供应商签署了购买协议，购买5000万加仑SAF，用于其从阿姆斯特丹出发的航班。
联合航空和空客是构成论坛先行者联盟（FMC）的50多家企业之一。这是一项全球性倡议，旨在利用企业的采购力量，为七个“难以减排”的工业领域脱碳——包括航空业——这些领域占全球排放量的三分之一。
该联盟致力于解决航空业可能最艰巨的任务：仅推动那些与传统航空煤油相比、全生命周期温室气体排放可减少85%或以上的“超级SAF”的需求。
先行者联盟成员的目标是到2030年，至少以这些超高效可持续航空燃料（或其他零排放技术，如有）替代其传统燃料的5%。其目的是向燃料生产商和投资者发出需求信号，使其有信心投资新建工厂并推动价格下降。
每种SAF工艺都面临其自身需要克服的挑战。两种最常见的技术（HEFA和醇制喷气燃料）依赖加工油菜籽、大豆、棕榈油、甘蔗或玉米等粮食作物来生产航空燃料。由于这些作物数量有限，且遵循避免使用其他用途所需土地的基本原则，我们必须寻找补充来源。
两种新技术有望生产接近零排放的SAF：费托合成（FT）和电制液（PtL）工艺。FT的优势在于，它可以将多种“非粮原料”（城市固体废弃物、柳枝稷、林业与农业残余物）转化为可实现90%至100%二氧化碳减排的航空燃料。
与此同时，PtL仍处于试点阶段，它将可再生电力生产的绿氢与直接从环境空气中捕获的二氧化碳结合，生成一种常被称为“电合成煤油”的合成燃料，这是一种几乎不含化石成分的动力来源。
空客是一个财团的成员，该财团近期宣布了汉堡新建的工业规模PtL工厂。PtL的优势在于它不需要耕地或生物原料。PtL面临的挑战将主要在于成本，以及与其他行业争夺绿氢的问题。
我们需要所有经认证的路径来推动全球可持续航空燃料市场，而且刻不容缓。
可持续航空需要各国政府和标准制定者的支持
目前已有100多家航空企业承诺，到2030年确保其全球喷气燃料供应中有10%为可持续航空燃料，因此对全新类型燃料市场的需求显然已经存在。传统燃料生产商和新进入者都已开始做出回应。但企业无法单独管理向净零路径的过渡。
政府可以通过提供激励措施，为SAF与化石喷气燃料创造公平竞争环境。例如在美国，拜登总统近期颁布的《通胀削减法案》（IRA）为SAF延长了一项每加仑最高1.75美元的税收抵免，并首次将抵免金额直接与燃料的全生命周期排放挂钩，以激励生产排放最低的燃料。
这将使可持续航空燃料的成本降至接近传统喷气燃料的最高价格水平。这些混合燃料税收抵免是拜登政府的“SAF大挑战”的一部分，旨在激励生产30亿加仑可持续喷气燃料，并到2030年将航空排放减少20%。
拜登的IRA还包括每公斤绿氢3美元的氢气生产税收抵免，这可能使电合成煤油更具成本竞争力，并加速PtL的发展。通过同时补贴绿氢和SAF，这些税收抵免确实是航空业的一大变革，应在其他地区效仿，以确保公平竞争环境，并在全球范围内推动可持续航空燃料的生产与应用。
与此同时，欧洲正在考虑法定强制性规定。英国政府已宣布自2025年起实施一项强制性规定，要求航空燃料供应商确保其燃料到2030年包含10%的SAF。明年，欧盟计划推出类似的“混合强制令”，要求燃料供应商提高其供应欧洲机场的SAF比例：2025年起始为所有航空燃料的2%，到2040年提高至最多37%，到2050年达到85%。根据欧盟规则，任何使用粮食作物原料的SAF将被排除在外。
强制性规定可以帮助实现公平竞争，但要使其有效，还需辅以公共研发投资以及买方激励措施，以发展这一仍处于起步阶段的市场。欧盟还在考虑根据其排放交易体系（ETS）提供免费碳信用额度，其数量与使用可持续喷气燃料所减少的二氧化碳量相当，从而帮助降低SAF成本。
统一的认证与核算标准同样至关重要。一大挑战在于，许多机场尚无SAF供应，使希望为飞机加注SAF的航空公司陷入困境。一种被称为“Book and Claim”（预订与申报）的创新方案解决了这一问题：无法在当地加注SAF的飞机，可以为另一个能够从具备可持续航空燃料的机场加注燃料的同等航班付费。
为可持续燃料付费的航空公司随后可以将其带来的二氧化碳减排量计入其净零承诺。Book and Claim是一项非常有前景的解决方案，但需要国际标准化以协调各种做法。论坛的“Clean Skies for Tomorrow”倡议已近期发布了指南，内容涉及与SAF相关的经认证减排量的核算与报告。
政府税收抵免与航空企业承诺与可持续航空燃料供应商签订长期购买协议的领导作用相结合，市场可能迅速起飞。而且不仅限于欧洲和北美。要达到3亿至3.7亿公吨SAF的规模，才能实现航空业脱碳，这需要每年的产量，我们需要世界各国都参与生产。这一机遇有望催生一个全新的产业，并可能带来数百万个新就业岗位。
通往同一脱碳目的地的其他路径
虽然可持续航空燃料是中期内减少航空碳足迹最可行的路径，但另外两项革命性的近零排放燃料技术也正在研发之中：电池电力与清洁氢能。
由于电池重量预计将使电动飞机仅限于短途航线，电池电力飞行最早可能在本十年末成为商业现实。联合航空已订购100架电池动力飞机，每架可搭载30名乘客飞行124英里，若加装由可持续航空燃料驱动的备用混合动力发动机，航程可延长至249英里。
电池还可能在降低大型飞机的燃油消耗方面发挥重要作用。这也解释了为何空客与法国汽车制造商雷诺近期建立了合作伙伴关系，共同开发与储能相关的技术，而储能是长续航电动汽车发展的主要瓶颈之一。
而正如我们在本文开头所见，还有清洁氢能。它既可用于为驱动电动机的燃料电池供能，也可直接在飞机上燃烧。按重量计算，其能量是航空煤油的三倍。
但在气态下，其体积是一大挑战：在运输和储存时，需要将其冷却至零下423华氏度才能成为液体，燃烧前再转回气态。氢气也可通过燃料电池转化为电力，进而驱动电动螺旋桨。燃料电池飞机尤其值得关注，因为它不产生二氧化碳排放，也不产生有毒的氮氧化物。
今年5月，空客在英国布里斯托尔启动了其零排放发展中心，获得英国政府8.28亿美元的资金支持，该公司还在法国和德国开展研究，尤其侧重于氢燃料箱与推进系统。空客计划于2026年对一架装有一台氢动力发动机的A380进行飞行测试，这是通往空客ZEROe氢动力客机计划于2035年实现商业化推出的第一站。
虽然没有一种万能方案可以实现航空运输脱碳，但每项举措都展现出前景。不过，要让零排放飞行真正起飞，需要航空公司、飞机制造商、燃料生产商、机场和政府采取长期、协调一致的行动。
Jonathan Walter和Andrew Alcorta为本文做出了贡献。
