航空碳排放标准提高,不协同参与规则制定,C919能飞多远?

特朗普要退出《巴黎协定》,但美国在国际航空碳减排领域仍然十分积极。同期,中国还在品味大飞机C919首飞的喜悦时,就不得不面对航空器二氧化碳排放标准的“新门槛”。航空器碳排放是怎么回事,哪些组织在制定标准,对中国意味着什么?

2020年后国际民航碳排放不能增长

虽然同样是应对全球变暖,国际航空领域的碳减排与我们更为熟知的《巴黎协定》并不在一个框架下。《巴黎协定》是在《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的缔约国中展开,聚焦于各国内部碳减排。而国际航线的跨国移动源属性,导致其碳排放管理难以归属于一个国家,所以在《芝加哥公约》中规定了国际航空部分的环境事务包括碳减排也归属于国际民航组织(ICAO)。中国是《芝加哥公约》的缔约国,也是ICAO理事会11个一类理事国之一。

据测算,航空领域的碳排放占据全部人类活动碳排放的2%,而这2%中又有65%源于国际航空活动。ICAO于2013年的第38届国际民航组织大会上确定了雄心勃勃的减排目标,即2020年后每年的国际民航碳排放量不再增长。

虽然2020年中和增长的目标针对的是运营国际航线的各大航空公司,但完成这一目标的压力却会传导到整个航空甚至更广的领域。

“新能源飞机”更青睐液体燃料而非电池

降低碳排放,主要有三种手段,即提高能源利用效率或者排放效率,使用替代(低碳)能源,使用碳捕捉、封存和利用技术(CCUS)。CCUS多与煤电、化工行业结合,在航空领域,前两者被视为关键的减排路径。

ICAO从技术层面考虑,提出了提升航空技术、优化运营管理、使用替代燃料三大减排手段。其中,提升航空技术和优化运营管理,是考虑提升燃料使用效率、减少燃料消耗。

在三大减排手段中,只有运营管理一条是航空公司可以依靠自身优化的,其他两条都需借助外力。

提升航空技术,需要飞机制造商提供燃油效率更高的飞机。但飞机燃油效率的提升,并非飞机制造商一家独自就能完成。一方面,飞机制造商需要从空气动力学考虑,设计更加流线型的结构。另一方面,更低的油耗需要更轻的飞机质量,即对飞机所用材提出新的要求。除此之外,对于飞机的心脏——发动机而言,考虑如何在提供足够动力的同时降低油耗更是重中之重。

即便不提全球变暖,无需碳减排,提升燃油效率也一直是发动机制造商、飞机制造商和航空公司所追求的。用最少的油飞最长的航线,一直都是经济之选。

不过,据ICAO预测,传统的增效无法满足2020年碳中和增长目标。因此,替代燃料是一个必须的补充手段,通俗而言就是使用“新能源飞机”。

但不同于新能源汽车的一大主流路线是电动化,航空领域更关注液体燃料的清洁化。航空领域尤其是国际航线,对能量供给的需求大,而目前电池能量密度还远远达不到要求,民用飞机也不太可能中途充电。

其实除了航空领域,考虑到能量密度,其他运输领域如高耗能的重型汽车、海运、军事方面,在考虑低碳转型时都倾向于更清洁的液体燃料而非电力。

在航空领域,更低碳的液体燃料,特别是“drop-in”燃料受到越来越多的关注。这种“drop-in”燃料,多为传统燃料和新型燃料的混合,而新型燃料的原材料主要有两种,一种是生物质,另一种是垃圾。其使用上与传统航空煤油无异,即原有的基础设施无需额外的技术改造便可适应这种燃料,可减少相应技术改造所需成本。

事实上,“drop-in”燃料性能上与传统燃料趋同,如果仅从燃烧阶段考虑,其碳排放并不会比传统燃料少多少。如果考虑全生命周期,以生物质的drop-in燃料为例,虽然燃烧会排放CO2,但生物质在生长过程中因光合作用吸收了CO2,其燃烧过程可以被称为碳中性。

航空器碳排放标准提高了行业准入门槛

为了执行航空业的减排措施,ICAO下属的专门应对环境事务的航空环境保护委员会(CAEP)下设了几个工作组,其中工作组2(WG2)、工作组3(WG3)、替代燃油工作小组(AFTF)三个专家组分别针对机场运营管理、航空器碳排放以及替代燃料进行研究,并制定相关标准。

2009年12月,ICAO高级别会议批准制定航空器二氧化碳排放标准。2017年3月,ICAO正式通过了航空器二氧化碳排放标准,并将其写入《国际民用航空公约》有关环境保护的附件16的第三卷。此前附件16中只有关于噪声的卷一和污染排放物的卷二。

该标准将从2020年生效,适用于新机型,对于已在产的机型放宽至2023年,若2028年仍未达到标准,则要求停止生产。

欧洲航空安全局(EASA)也积极响应,为了与ICAO标准一致,在2017年1月已经提出在其适航标准认证规范(CS)中,加入相应内容的修正提案通知(NPA),即CS-CO2 NPA 。预计正式的标准将于2018年第四季度颁布。

我国第一架由中国商用飞机有限责任公司(商飞)研发制造的民用航空器C919,为了打开国际市场,已经着手申请 EASA的适航证。据知情人士介绍,新标准严格度基本按波音空客最新一代飞机设置,这对于我国刚刚萌芽的民用飞机制造业无疑是一个巨大的挑战。

而C919的发动机采用的发动机并非国产,中航商用航空发动机有限责任公司(商发)于2009年开始着手研发商用航空发动机,若研发成功则会成为我国自主研发飞机的首选。

目前国际民用航空领域的制造商集中度很高,虽然整机制造商还有几家,但美国的波音和欧洲的空客几乎瓜分了国际航线的飞机供应市场,而在高性能民用航空涡扇发动机方面的技术则更为集中,只有美国的通用电气(GE)、普惠和英国的罗罗三家公司拥有核心技术。

无论是在整机制造还是发动机研发方面,欧美都处于绝对领先地位,上述五家公司都已有上十年或近百年的积淀,所形成的技术优势并非一朝一夕能够超越。

航空器二氧化碳排放标准的提出无疑改变了行业竞争条件,某种意义上也提高了行业的准入标准。据了解,商发在发动机研发项目设计的输入条件中已经考虑了二氧化碳排放量,但标准设置得较新标准低,这是由于以往对国际民航组织的碳排放标准的变动关注、参与不够,不过目前已开始改变这种情况。由于目前研发还处于较为初级的阶段,在碳排放方面未来仍有改进空间。

与欧美领先的航空技术对应的是,欧美的民航公司业务趋于成熟、平稳,未来中国的民航增长被视为一个巨大的市场。波音公司在2016年作出预计,中国在2016-2025年将产生3480架新飞机的需求,对应着4900亿美元的价值。

中国的规则参与程度较弱

由于我国没有自主研制的民用航空发动机,在航空燃料的燃烧试验方面困难重重,导致在制定航空燃料的国际标准方面我国一直缺乏话语权。

不同于传统燃油,替代燃油由于考虑全生命周期,其标准制定有别于传统燃油,甚至已经远远超出了考察燃料燃烧过程本身。除了规范油品质量、合成方法选定外,据了解AFTF小组目前分作四个小组,研究内容涉及政策研究、可持续性标准、生命周期排放和土地利用变化,其中重点是可持续性标准制定以及生命周期数值计算。

以生命周期计算为例,从全生命周期考虑碳排放意味着,AFTF小组将考量制造替代燃料的原材料种植、运输、加工、生产等环节的碳排放,并最终负责审核、确定碳排放数值。这样一个复杂的统筹、计算过程已经远远超过民航系统本身,需要来自方方面面的专家协作,而目前我国参与CAEP的专家还局限于民航系统。

为此,中国民航大学的一位教授向eo提出了她的顾虑,“这种对不同技术路径的航空生物燃油全生命周期排放进行监测和评估的方式,且不说可能涉及到技术或商业机密,仅考虑生物燃油在航空运输中必须经过AFTF专家组评估才可用,且全生命周期排放系数也需AFTF专家评估后确定,决定权由他们控制就是一个大问题。” 据了解,目前该小组成员以美国专家为主。

中国的核证减排量未被纳入

如果说AFTF的讨论还围绕着燃油,那么CAEP的另一个工作小组全球市场机制工作行动组(GMTF)的视野则更广,着眼全球各式碳配额市场和抵消机制。

GMTF的成立,源于2013年第38届国际民航组织大会上通过的关于使用全球市场机制解决国际航空减排问题(Global Market-Based Measure),并最终为2016年第39届国际民航组织大会通过国际航空碳抵消和减排计划(CORSIA)提供了切实可行的技术方案。关于CORSIA的相关内容可以参考小编之前的文章《国际航空碳市场打上门了,中国是继续观望还是积极挺进?问题比想象得迫切》

经CAEP研究,发现按照现有技术的发展趋势,仅通过前文所提的三种技术手段难以实现ICAO的2020年中和增长的减排目标,一种新的减排手段应运而生。即建立一个抵消市场,通过从现有的碳市场上购买其他行业减排项目的减排量、或者减排配额来抵消航空公司自身产生的碳排放。

这样一种机制的建立,意味着航空领域有意链接全球的碳市场,其中GMTF的一个重要工作即考核各个碳市场的运行规范,筛选可纳入CORSIA的碳指标,并设计链接方案。

据了解,针对自愿减排机制的考核已经结束,中国核证减排量(CCER)并未被纳入,目前GMTF正在考察各种碳交易机制下的碳配额使用,我国的碳市场能否被纳入还不得而知。若不能被纳入则意味着,即便我国的航空公司在国际航线上产生了大量的减排需求,也不能从本国购买碳配额进行抵消,必须从其他合格的碳市场上购买碳指标。

此外,我国的一位在GMTF组中的专家,提出了对替代燃料全生命周期考虑和碳抵消机制兼容性的质疑。按照AFTF的设想,航空公司使用替代燃料,即产生了减排效应,即替代燃料整个生命周期的减排量。但除非航空公司通过合作的方式作为投资方或通过合同的方式要求替代燃油原料生产等所有环节转让或放弃对减排量的所有权,否则将无法真正拥有替代燃料的减排量。也就是说替代燃料全生命周期所产生的减排量可能会被双重计算,一方面算作了航空公司的减排量,一方面算作了其他减排项目的减排量。

该专家提出的解决意见是,可替代燃油排放的监测、报告和核查(MRV)边界应该与传统化石燃料MRV边界相同,按照ISO14064 和GHG Protocol 对企业的排放进行监测时采用终端消耗碳排放计算,即从燃油注入飞机油箱后航班飞行过程消耗的燃油开始计算排放,而不是按全生命周期的边界计算。对于生物燃油全寿命周期在非航空运输环节产生的减排量,可以按照“排放单位标准(EUC)”进行评估,经相关程序和机构认证签发“减排”信用,航空公司可以购买这些减排信用单位抵消其在CORSIA下的责任。但AFTF小组专家认为其工作是遵循ICAO大会决议要求开展的,对于上述质疑不予理会。

后记

在全球变暖已经成为一个全球性事务的今天,碳减排成为了最好的外交语言,美国退出《巴黎协定》,更是把我国推向了全球减排事务的头把交椅。但要真正在低碳领域起到领导作用,或许不是建立起一个全球最大的碳市场可以实现的。碳市场多包含众多行业,其原理是利用金融的手段,实现资金的最优利用,即让资金流向最需要的技术研发与制定中。但减排最终的落脚点仍然是技术,金融仅仅是一个辅助手段。另一方面,如果真正要让金融系统发挥出功效,还需要精良的设计,严密的监管,以及多方的配合,这些要素我们是否已经具备?碳市场的建设还需要更多扎实的功夫,但在市场之外,或许我们更应思考如何在国际舞台上,真正在低碳技术方面贡献我国的实力,在解决方案方面发出我国的声音。

本文作者为eo记者赵希,对本文有任何建议或评论,欢迎添加微信号Sissizx321交流。

来源: 南方能源观察