如何減少飛機(jī)的碳排放

 

在具備可持續(xù)的航空燃料之后，還需要相應(yīng)的以發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的關(guān)鍵設(shè)備能夠支持它。

 

航空發(fā)動(dòng)機(jī)龍頭GE表示，所有GE和其合資公司生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)都可以適用獲得許可的可持續(xù)燃料，這是由于獲批的可持續(xù)燃料意味著其與化石航空燃料有同樣的標(biāo)準(zhǔn)，可以直接摻入，與現(xiàn)有的商業(yè)航空飛機(jī)兼容，而無需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料配送和儲(chǔ)存設(shè)施做特殊改造。

 

目前，ASTM許可的可持續(xù)燃料最高的摻混比例為50%。不過，在測(cè)試中，GE及其合資公司生產(chǎn)的多款發(fā)動(dòng)機(jī)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了100%使用可持續(xù)燃料的測(cè)試飛行。

 

GE以及其與賽峰的合資公司CFM國(guó)際，為全球四分之三的商業(yè)飛機(jī)提供發(fā)動(dòng)機(jī)。通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，不僅節(jié)約飛機(jī)運(yùn)營(yíng)的成本，也直接減少了碳排放。相比上世紀(jì)七八十年代的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)前減少了40%的碳排放。

 

2021年，CFM國(guó)際啟動(dòng)了“可持續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)革命性技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目”（RISE）。據(jù)GE全球副總裁、GE中國(guó)總裁兼GE航空航天集團(tuán)大中華區(qū)總裁向偉明介紹，RISE旨在投資未來航空，希望通過一系列全新顛覆性技術(shù)，研發(fā)開放式風(fēng)扇架構(gòu)、混動(dòng)技術(shù)、陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）、增材制造等技術(shù)，在現(xiàn)役“省油爆款”LEAP飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減少20%以上的油耗和二氧化碳排放，并且能與可持續(xù)航空燃料（SAF）和氫等清潔能源實(shí)現(xiàn)100%兼容。

 

向偉明表示，如果僅依賴現(xiàn)階段漸進(jìn)式燃料效率提升，航空業(yè)將無法實(shí)現(xiàn)2050年凈零碳排放目標(biāo)。革命性創(chuàng)新技術(shù)才是眾之所盼。“這也是為什么我們認(rèn)為現(xiàn)在就是大力研發(fā)開放式風(fēng)扇架構(gòu)的絕佳時(shí)機(jī)。這種先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)將為CFM國(guó)際的發(fā)動(dòng)機(jī)效率躍升打開大門，我們的測(cè)試路線圖也都圍繞這一點(diǎn)。我們將持續(xù)驗(yàn)證并完善這些技術(shù)，以打造可持續(xù)的未來航空。”

 

當(dāng)前，GE正在同CFM國(guó)際團(tuán)隊(duì)、空客、波音、美國(guó)宇航局（NASA）等合作伙伴進(jìn)行協(xié)同技術(shù)驗(yàn)證，計(jì)劃在2025年左右進(jìn)行地面試驗(yàn)和飛行測(cè)試，2035年左右投入使用。

 

這一研發(fā)周期，也是航空領(lǐng)域技術(shù)迭代的一個(gè)縮影。航空作為復(fù)雜高端的制造業(yè)，涉及多項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，并且需要保障安全，其技術(shù)換代，通常需要較長(zhǎng)的研發(fā)周期。

 

今年慶祝了131歲生日的大型多元化公司GE，在2021年11月宣布拆分，成立三家分別專注于航空、能源、醫(yī)療領(lǐng)域的獨(dú)立上市公司，其中GE HealthCare已經(jīng)在今年1月4日正式獨(dú)立上市。在其公司的發(fā)展歷史上，航空研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電研發(fā)的燃?xì)廨啓C(jī)，在空氣動(dòng)力學(xué)、燃燒流場(chǎng)分析等基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)上其實(shí)也有共通之處，其原理都是為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的效率，進(jìn)而能夠減少碳排放。

 

GE的燃?xì)廨啓C(jī)有一類航改燃機(jī)，就是將航空發(fā)動(dòng)機(jī)改為燃?xì)廨啓C(jī)，如GE的LM2500和LM6000航改燃機(jī)都來自GE此前開發(fā)的CF6發(fā)動(dòng)機(jī)。在歷史上，二者曾共享空氣動(dòng)力學(xué)和傳熱學(xué)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)和開發(fā)工具。在新材料的開發(fā)中，一般是航空主導(dǎo)，之后應(yīng)用到燃機(jī)領(lǐng)域。但也有材料是GE的發(fā)電部門先研發(fā)，然后在航空領(lǐng)域應(yīng)用，如陶瓷基復(fù)合材料，起初在工業(yè)設(shè)備上使用，如今在LEAP系列航空發(fā)動(dòng)機(jī)中首次使用這一材料。

 

除了兼容可持續(xù)燃料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，向更遠(yuǎn)的未來展望，混動(dòng)、電動(dòng)技術(shù)，氫能飛機(jī)也將在未來有一席之地。

 

在電動(dòng)、混動(dòng)方面，GE正在與美國(guó)宇航局和波音公司合作，開發(fā)一個(gè)兆瓦級(jí)混合電力推進(jìn)系統(tǒng)，計(jì)劃在本世紀(jì)20年代末進(jìn)行地面和飛行測(cè)試、在30年代中期投入使用。

 

氫能方面，2022年2月，GE宣布CFM國(guó)際正在與空客合作推進(jìn)氫能飛機(jī)的示范項(xiàng)目，計(jì)劃在本世紀(jì)20年代內(nèi)實(shí)現(xiàn)使用氫能內(nèi)燃機(jī)完成地面和飛行測(cè)試。

 

不過電動(dòng)和氫能飛機(jī)，在可見的未來或許只能在短途、少客量的航班中有用武之地，可持續(xù)燃料仍將是當(dāng)前最重要的減碳技術(shù)。

 

根據(jù)航空行動(dòng)運(yùn)輸小組（ATAG）在2021年9月發(fā)布的《2050路徑報(bào)告》（Waypoint 2050）預(yù)測(cè)，從2030年開始，混合電力和氫能有望在通航和支線航空中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。到2050年，在長(zhǎng)途航線上，SAF仍然是唯一可行的減碳技術(shù)，氫能發(fā)動(dòng)機(jī)有望在中短途航線上有所應(yīng)用。毋庸置疑的是，在未來，航空減碳需要多種技術(shù)結(jié)合使用。