SAF 领跑近中期脱碳
随着航空业努力在本世纪中叶实现净零碳排放，一个趋势越来越明显：可持续航空燃料（SAF）会是主要的脱碳手段。
原因很简单——这些燃料可以直接替代化石航空燃料，不需要对航空运营和基础设施做什么大的改动。相比之下，氢气或电力驱动的零排放飞机虽然更高效，飞行时也不排放二氧化碳或空气污染物，但在脱碳路线图中现在只能是配角。
高级研究员 Jayant Mukhopadhaya 发表最新文章，分析为什么 SAF 被寄予厚望。
他是和团队同事最近分析过零排放飞机目前面临的一些限制，这里也会讨论一些政策思路，看看如何让零排放飞机在实现净零排放的多种途径中发挥作用。
使用方便，性能不打折扣
SAF 作为化石航空燃料（Jet A）的“即插即用”替代品，在现有飞机上用起来毫无障碍。
大部分发动机都获得了认证，可以直接使用 50% 的 SAF 和化石航空燃料混合物，不用改装。
更新的飞机发动机正在获得使用 100% SAF 的认证，即便有些发动机还没拿到这个认证，加点合成芳烃也能让 100% SAF 燃料和飞机兼容。
而且，用 SAF——不管哪种——都不影响飞机性能，也不需要像零排放飞机那样，在机场大规模投资建设新的充电、氢气加注和储存设施。
氢气的使用还得制定全套关于处理、储存和输送的新安全规程。这些工作不仅花钱，实施起来也很麻烦。
飞机要克服重力和空气阻力才能飞起来，需要消耗大量能量。
所以燃料必须既轻便又紧凑，才能减少这些阻力。从图 1 可以看出，液态碳氢燃料——包括 Jet A、生物基 SAF 和合成燃料——在比能量（43 MJ/kg）和能量密度（约 34 MJ/升）上有完美的平衡，特别适合飞机。
而目前的锂离子电池组只能达到 0.9 MJ/kg 和 1.8 MJ/升，两方面都远远落后。
氢气的比能量虽然差不多是航空燃料的三倍（120 MJ/kg），但根据储存方式不同，单位能量占的体积却是航空燃料的 4～7 倍（5～8.5 MJ/升）。
图1. 常用能源的比能量和能量密度
受限于现有电力推进系统的性能，电池电动飞机估计只能用在通勤市场，载客 9 人，航程不到 100 英里。
另外，改装了燃料电池推进系统的涡轮螺旋桨飞机，座位会比原来的航空燃料飞机少 26%，航程也短 15%。
而通勤和涡轮螺旋桨飞机在整个航空市场里本来就只占一小块。氢气燃烧推进倒是能给窄体飞机提供动力，但氢气体积太大，机上能带的量有限，结果就是航程缩水。
为什么还要关注零排放飞机
既然 SAF 在实施和性能上优势这么明显，为什么还要考虑其他选项？因为零排放飞机在资源效率上有显著优势，这对脱碳来说很关键。
跟用化石航空燃料或 SAF 的飞机比，零排放飞机每客公里需要的能量只有一半到三分之一。
研究团队估算过，装了燃料电池推进系统的支线飞机比用碳氢燃料的少耗 30% 能量。
氢内燃机飞机是个例外，预计比燃烧航空燃料或 SAF 的飞机多用 10% 左右的能量。
资源消耗不只是能源使用的问题。根据生产 SAF 用的原料不同，土地使用的影响也会差很多。
举个例子，种玉米（酒精制航空燃料 ATJ SAF 的原料）的一英亩地，如果改装太阳能板，产生的能量能翻 30 倍以上。
从芝加哥奥黑尔机场（ORD）飞到旧金山机场（SFO），用玉米 ATJ 燃料要消耗超过 9 英亩土地，而氢气和电子煤油动力飞机完成同样的飞行，所需能源用地不到 1 英亩（图 2）。
多项研究都表明，可耕地的供应就那么多，基于作物的 SAF 根本满足不了全球航空燃料需求。
图2. 使用不同能源从旧金山到芝加哥飞行所需的土地使用量
由于近期遇到的一些挫折，如果没有强有力的政策支持，零排放飞机能发挥的作用可能达不到该团队于 2022 年发布的航空净零路线图“2050 愿景”里预计的 13% 碳排放减少量。
好在有监管办法可以改变局面。
比如欧盟的 ReFuelEU Aviation 法规就规定，氢气和电力的使用可以计入 SAF 混合要求。
这是对 SAF 政策很好的补充，既保持了技术中立，又能激励航空业使用氢气和电力。
可惜大多数已经实施的授权里都没有这一条，算是错失了良机。
另外，可以多建立一些像欧盟创新基金这样的资金支持项目，为氢气和电动航空的研发及早期资本投入提供支持。
说实话，把激励措施和授权要求结合起来，才能营造出促进零排放技术落地的政策环境。
这种组合拳能帮零排放飞机走出当前的困境，让它们在中长期成为真正可行的选择。
【信息来源：theicct】