航空业占排放量的2.4%。换一种燃料能否有所帮助?

Aeroplanes such as this one could reduce their carbon footprint by using sustainable fuels
One of the main ways aviation contributes to global warming is through the clouds aeroplanes generate in the upper atmosphere.Image: Unsplash/ Artturi Jalli
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  • 一项新研究表明,用来替代飞机常用煤油的替代燃料,有助于减轻航空业对全球变暖的影响。

  • 研究发现,可持续燃料既能降低航空业的二氧化碳排放,也能减少其产生的尾迹卷云。

  • 有一些障碍需要克服,例如开发和分销生物燃料及合成燃料可能所需的财务成本很高。

虽然航空业在全球化石燃料使用产生的2.4%的排放中占比仅为2.4%,但该行业的变暖效应中有三分之二取决于二氧化碳排放以外的因素。航空业促成全球变暖最重要的途径之一,是飞机在高层大气中形成的云。

但是,在一项新研究中,研究人员表明,用来替代飞机通常所用煤油的替代燃料可以发挥作用。

在巡航高度,当大气足够寒冷潮湿时,飞机尾迹(即凝结尾迹,contrails,condensation trails的简称)会在飞机后方形成。这些云由冰晶构成,冰晶最初由飞机发动机排放的烟尘和水汽形成——在晴朗的日子里,你大概见过天空中白色、蓬松的条纹。当高空大气格外寒冷潮湿时,这些线状尾迹可持续数小时,并扩散形成大片卷云网络,形如白色的丝缕。

这些云层会将太阳辐射反射回太空,从而使大气降温,但它们也会截留地球反射的红外辐射。由于变暖效应超过降温效应,这一过程最终会使大气变暖。这一效应经计算,是目前航空业最大的变暖效应,几乎是历史上二氧化碳排放所致变暖效应的两倍。

要减少尾迹对航空气候影响,关键在于减少飞机尾气中的烟尘颗粒。过去,飞机尾气羽流看起来烟雾很重,因为其中含有大量烟尘。现代发动机的设计目标是减少烟尘排放的浓度,但形成的冰晶的大小和数量仍取决于大量烟尘颗粒。仅靠清洁飞机尾气所能取得的进一步改善已十分有限,未来的努力必须聚焦于燃料本身。

萘等杂质天然存在于煤油等航空化石燃料中,被称为芳香族化合物。这些化合物是构成烟尘颗粒基础的碳环状化学结构。生物燃料由农作物和废弃食用油制成,以及利用可再生电力、氢气和二氧化碳制成的合成燃料,旨在降低飞行的碳足迹。

替代燃料可降低飞机的二氧化碳排放,同时减少尾迹卷云的产生。Image: Nature

这些燃料中不含芳香族杂质,因此燃烧时产生的烟尘颗粒更少。在这项新研究中,研究人员发现,这些燃料在飞行过程中在大气中产生的冰晶也更少(但更大)。这反过来使得尾迹及其形成的卷云对地球的增温作用减弱。

航空飞行的未来

目前,飞机只能加注煤油或煤油与生物燃料的混合燃料。这篇新论文的作者发现,低芳香族杂质燃料的混合燃料可将冰晶形成减少50%至70%。在另一篇论文中,研究人员预测这将使尾迹的整体变暖效应减少约20%至50%。未来某个时候,飞机可能被允许使用纯生物燃料飞行,因此航空业所致变暖的潜在减少幅度可能会更大。

这项新研究的结果表明,可持续燃料混合物在降低航空业二氧化碳排放及其尾迹卷云产生方面,可实现双赢。

其他解决方案,例如电动飞行,可能只适用于非常短的航线。即使是氢燃料飞机,也可能只能开发用于中等距离飞行。这两种技术都需要十多年才能成熟,才可能投入全球机队使用。在可预见的未来,远程航空很可能仍将依赖液态煤油类燃料。

另一种选择是让飞行员避开更可能形成尾迹的大气区域。不过,就单次航班而言,为避开这些区域而改变航线几乎肯定会增加该航班的二氧化碳排放。天气模型也无法预测尾迹将在哪些区域形成,其准确度尚不足以支持此类做法。

当然,以足够规模开发和分销生物燃料及合成燃料的财务成本可能会很高,并可能推高飞行成本。很可能,各国政府需要强制逐步淘汰以化石为基础的煤油,并为航空公司转换燃料提供大力激励。但减少飞行领域碳排放的时间已所剩无几,而这是航空公司可立即着手开发、用以减少整个行业整体气候影响的一种有效选择。

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