航空旅行及相关碳排放占全球排放量的2%以上。虽然听起来似乎不多，但如果它是一个国家，它将成为排名第十的污染大国。预计到2020年，全球航空排放量将比2005年高出70%，而国际民用航空组织（ICAO）预测，到2050年，这些排放量可能增长300%至700%。面对这些预测，显然应当采取措施扭转这一趋势。作为一名交通设计师，我想重点介绍一些设计理念，它们可以提升现有飞机的能效，甚至取代现有飞机。我还将探讨为何我们仍未看到为减少航空旅行排放所需的替代设计投资水平。
尽管飞机是当今远程交通的主要方式，但存在多种替代概念，可能在许多航线上取代飞机。最成熟的替代方案是陆基超高速列车，例如磁悬浮“Maglev”。这些列车还可以借助近真空隧道进一步提速，使列车在速度上与飞机竞争，并在区域范围内（从市中心到市中心）的运力上超越飞机。发展和支持高速铁路作为航空旅行的替代方案是未来方向，但在高速铁路基础设施建设期间，仍有若干空中替代方案。
替代方案起飞
距离兴登堡号空难已过去八十年，现代技术使我们能够制造更快、更安全的飞艇用于远程货运。飞艇的一大优势在于无需大量配套基础设施，因此是点对点直达货运的理想选择。在极短时间内，它们几乎可以实现零排放。
另一个“被遗忘”的选择是地效飞行器。这是一种苏联时代的半飞机半气垫船，也称为地效飞行器。该飞行器借助机翼与水面之间的气动相互作用，在平坦表面（即水面）上方略高处实现持续飞行。地效飞行器的能耗约为螺旋桨飞机的一半。苏联制造的伦级地效飞行器航程为2000公里，巡航速度可达550公里/小时，使其成为许多航线上可行的节能替代方案。投资者已经看到了其中的潜力。初创企业Sea Wolf Express计划于今年开通赫尔辛基至塔林的地效飞行器商业航线。地效飞行器在未来洲际旅行中的潜力不容小觑。
近来，我们还看到电动垂直起降飞行器的设计取得了重大进展，电动垂直起降飞行器（eVTOL）。这些飞行器大多供单人使用，而若要在未来减少碳排放，大众运输而非单人交通将是解决方案。但我们从单人eVTOL设计中学到的是，它能够在多台电动发动机之间均匀分配能量。与传统化石燃料动力相比，该技术在最优化和高效利用能源方面的潜力巨大。因此，随着电力比喷气发动机集中式的动力使用更容易分配到多台发动机上，我们或许会看到多螺旋桨飞机的回归。这也为重新审视其他被遗忘的发明开辟了道路，例如旋翼机。
此外，还可以进一步研究模仿生物学，以减少阻碍飞行器在空中运动的气动阻力。可以说，没有任何力量比进化更擅长优化设计。飞机制造商空中客车公司已成立一个设计部门，以进一步探索仿生学的潜力。目前正在以信天翁的大翼展为灵感进行实验。借助一种特殊技术，信天翁能够将翅膀锁定在特定位置，从而在无需扇动翅膀的情况下滑翔数公里。
将这一研究与太阳能飞机的潜力相结合。飞机在白天翱翔于云层之上时，拥有取之不尽的太阳能供应。当前电动飞机面临的挑战在于续航能力、航程和电池容量，而研究可以着眼于利用太阳能为云层上方的长时间巡航提供动力。
说到电动和混合动力飞机，相关解决方案正在研发中，但并非一帆风顺。以色列公司Eviation在巴黎航展上推出了一款短途九座全电动飞机，计划于2023年投入运营。劳斯莱斯正在研发一种中程混合动力解决方案。
排放难题
上述例子凸显了替代当今航空运输方式所面临的两个问题。第一个是运力问题。电动远程大型客机在航程方面仍有很长的路要走。若要使这些航班的运力接近当今的化石燃料航班，就必须投入大量研究和资金。
由此引出第二个、也是更大的问题：投资者不愿全力投入电动和混合动力的研发。主要原因在于，目前尚无具有约束力的全面国际协议来减少航空旅行的排放。
从政治层面看，主要问题在于责任分配。根据《京都议定书》和《巴黎协定》的规定，航空运输及相关排放不计入任何单一国家的碳足迹，因此在该国计算如何履行国际减排协议时也不予计算。例如，从斯德哥尔摩飞往哥本哈根的航班排放，既不计入瑞典的碳足迹，也不计入丹麦的碳足迹。结果是，瑞典人和丹麦人若想遵守《巴黎协定》，都无需减少其国际航空运输排放。
在计算减排时不将航空旅行纳入国家统计，是不明智的做法，这也是排放持续上升的原因之一。解决方案往往是地方性的、缺乏协调的，且影响有限。以上述两国为例：瑞典对航空旅行征收环境税，而丹麦则没有，且没有明显的理由，仅出于政治考量。这正是我们需要国际协议以确保所有国家都遵守的原因。
在欧盟，存在一个体系——欧盟排放交易体系——欧盟据此要求航空公司通过配额制度购买碳排放权。但该体系存在两个缺陷。首先，由于美国和中国的反对，它仅适用于欧洲经济区内。其次，交易基于市场机制。其设计预期市场能够解决问题，而非采用最常见且经过检验的政府工具：税收。
倡导全球性税收
许多经济学家认为，前进的方向是实行全球碳税。这种税收会根据产生的污染量而上升，从而反映所造成的损害。产品或行为的污染越多，其价格就应越高。这促使消费者选择更环保的方案，例如在适用情况下选择火车，因为其价格更低。同时，这也促使排放者寻求更绿色的替代方案，并促使投资者朝这一方向布局。
对航空旅行征收全球碳税，还将在拥堵程度较低的市场中促进创业型解决方案的发展。以肯尼亚人借助移动支付方案实现跨越式发展为例，其他地区也曾借此实现了超越。目前，非洲大陆的区域间航空客流量相对较小。若结合非洲联盟的“开放天空”倡议与碳税，非洲大陆或将引领一场交通革命。开放天空倡议。
碳税所得收入可用于两方面：一是支持绿色技术研究，二是对发展中国家进行补偿，因为这些国家将首当其冲承受气候变化的后果，而且历史上的排放量远低于其他国家。
然而，要使碳税切实发挥作用，需要全球达成共识、作出承诺，并具备实施制裁的可能性。完成这一任务的显而易见的国际权威机构是国际民航组织，即联合国的专门航空机构。已经有人采取措施，试图通过国际民航组织达成协议，但该项目因缺乏雄心和承诺而受阻。其目标是防止排放量上升，而非减少排放。不过，作为全球空中交通管理的积极参与者以及飞机技术标准的制定者，国际民航组织显然也是纳入航程和排放数据监测的合适选择。因此，国际协议需要尽快达成，对所有航空旅行（包括国内和国际航班）征收碳税，并应赋予国际民航组织监测和征收该税的资源。从短期来看，碳税将明显影响人们对更高效化石燃料的选择。
推动辩论
在降低能耗方面，未来可选择电子燃料——一种替代当前化石燃料的合成燃料。这些燃料可通过氢与二氧化碳中的碳结合制得。若氢气使用额外的可再生电力生产，且二氧化碳来源正确（理想情况下为空气捕获），这类燃料的排放可接近零，并实现碳循环。然而，我们距离实现这一目标仍有很长的路要走，碳税所得资金可用于研发这些燃料。
生物燃料是另一种选择，但我们必须特别注意其生产过程。如今许多生物燃料类型被视为“绿色”替代品，但这通常仅在未考虑间接土地利用变化的情况下成立。用于生产生物燃料的农田可被生态友好型农业或碳储存森林所取代。一个例子是以甘蔗为原料生产的巴西乙醇。尽管它是一种高效的化石燃料替代品，但其代价是亚马逊雨林。因此，若要将生物燃料视为燃料替代品，严格的监管和明确的界定是最基本的要求。只有在具备合理土地使用认证的情况下，才应考虑使用或支持生物燃料。
国际航空旅行的未来取决于国际决策者群体能否选择正确的方案。这些方案包括碳税，以及确保政治框架到位、以支持减少航空排放的保障措施。有了这些保障，我们将看到长期被遗忘的飞机设计重新受到关注，现有设计得到改进，新的解决方案不断涌现。
