我们离绿色飞行还有多远？

2022-02-23萨姆·豪·弗霍韦克

海外文摘 2022年2期

萨姆·豪·弗霍韦克

荷兰代尔夫特理工大学研发的V型飞机正在接受风洞测试。

商业航班能否实现绿色出行？我和许多专家探讨过这一问题，聊的过程中，我总会想到两点：一点是你能想到的所有绿色革新手段，比如太阳能板、风力涡轮机、电动发动机、高储能电池、氢燃料、磁悬浮……你如果想把几百号人送到平流层，飞上万英里，目前为止，这些东西根本派不上用场;另一点就是，全世界有八成以上的人没坐过飞机。

航空公司和飞机制造公司如今都在千方百计地减少碳排放。我所说的两点集中反映了航空业的难处。绿色飞行可以实现，但短时间内没有希望，并且也不会像地面交通工具那样彻底转型。没办法，重力是很难克服的。但能否及时应对这一挑战直接关系到航空业的形象及收益。环保主义者表示，气候变化很大程度上是由飞机造成的。航空业如果不能在绿色飞行上取得突破，下一步，人们坐飞机前，恐怕都会想想这样做是不是不道德。

LanzaTech公司就在试图打破常规，用垃圾等材料生产航空燃料，替代传统航空煤油。“绿色飞行是人类的必然选择。”公司首席执行官珍妮弗·霍姆格伦说，“大家现在已经达成共识，航空煤油肯定不是长久之计。不过，暂时也没什么办法能像魔法一般，一下子解决掉所有问题。”

当然，零排放和电动发动机也并非天方夜谭，这些技术已经率先在航空业的一个领域得到了应用，即短时间和短距离的航行。在不远的将来，动画片《杰森一家》中的飞行汽车想必会成为现实。不同的是，动画片中都是主人公乔治在驾驶，而现实中，飞行汽车多半是靠人工智能操控。不难想象，专注于短距离航线和小型飞机的航空公司将引领电动飞行的潮流。

但是，现在还没有电池能让波音747这样的庞然大物从纽约飞到伦敦。国际自动机工程师学会航空航天标准部门的主任大卫·亚历山大估计，光是让大飞机起飞，就要耗掉440万台笔记本电池的电量，但这又是一个悖论，因为这些电池的重量是飞机的七倍，它们装上飞机，飞机根本飞不起来。同一重量的液体燃料和电池相比，前者的能量远大于后者，你就算找到当今最先进的电池，也无法改变这一事实。

从单个航班的角度来讲，污染是一年比一年小的。自喷气时代以来，航空业就一直保持这一趋势。我常听到一句话：“有进步，但没有变革。”好在一点点进步加起来也是了不得的。如今的喷气式飞机与最初几代相比，燃油效率提升了整整一倍，污染物排放量更是大幅下降。但与此同时，航班也越来越多，更新换代的进步远远无法抵消航空业大幅发展所带来的负面影响。总体而言，航空业的碳排放呈上升趋势，对气候变化的影响越来越大。

这和八成以上的人没坐过飞机有直接联系。对航空业而言，这一数据意味着巨大的潜在市场。待到疫情退去，航空业每年5%左右的增幅也会回归。对一个渴望飞行却从未坐过飞机的人来说，他肯定也想从高空俯视城市的地标，近距离欣赏飞机两侧的云朵，或者离星空更近一些。

然而，每一趟航班都会让地球变暖。人类排放的二氧化碳有2.5%源自商业航班，但这并非重头戏，飞机会让地球升温，更重要的原因在于飞机飞行会产生有害物质和尾迹，这些东西会滞留在大气层，发生反应。有专家表示，飞机要为全球变暖负5%的责任。

英国德比的罗尔斯·罗伊斯工厂内，工程师正在检修涡轮风扇发动机。相比过去，如今的发动机在设计和材料上都有了极大的改善，燃油效率更高，对环境也更为友好，但还远谈不上绿色。

德国慕尼黑Lilium公司内部，工程师在垂直起降电动飞机旁工作。飞机配有36台电动发动机，可搭载1名飞行员和6名乘客，续航里程为155英里。

随着航空旅行和空运的进一步普及，这个百分比可能会进一步增加。相比之下，地面交通领域的能源利用率则越来越高，这也是为什么有人呼吁不坐或者尽量少坐飞机。瑞典最早提出了“飞行耻辱”的概念，如今，这一说法在欧洲相当流行。

法国就有意取消部分国内航班，凡是坐火车两个半小时以内能到的，下一步可能就不能再选飞机了。英国气候变化委员会则提议取缔航空里程和常飞旅客计划，因为这些政策會鼓励旅客过度飞行。

75%的航空燃油都是1000英里以上的航班烧掉的，这种距离，大多数人的首选都是飞机。多数人穿越大洋都会选择坐飞机，否则他们根本不会出门。航空业的领军人物都认为，“飞行耻辱”不是解决方案，绿色出行才是。波音公司可持续发展战略部门的负责人肖恩·纽瑟姆表示：“航空业是世界经济的重要组成部分，我们要做的是降低排放量、减少碳排放，而不是让人们无法出行。这是我们当下最根本的信念。”

1.罗尔斯·罗伊斯在研发动机UltraFan的涡轮叶片由碳纤维制成。此款发动机研制成功后，将百分百使用可持续航空燃料。 2.UltraFan的压缩机

要想找到绿色飞行的方案，佐治亚州的自由之松炼油厂或许是离答案最近的地方。柯特·斯图贝克是工厂的化学工程师，他的任务就是将垃圾转化为航空燃料。他说：“只要找对配方，你得到的燃油品质就可以超过Jet A（美国标准航空煤油），并且还会更清洁。”

炼油厂是LanzaTech旗下的，2018年，公司将自主研发的可持续航空燃料（SAF）和标准航空煤油混合，注入波音747，这架飞机随后顺利从佛罗里达州奥兰多市飞到了伦敦。

目前为止，SAF还必须与标准航空煤油混合使用，但这对于航空业的减排事业而言算得上迈出的第一大步。原因很简单，航空公司不可能做赔本买卖，当下这种机舱加两翼式的飞机，航空公司至少还要用二三十年。工程师已经在设计下一代的飞机了，飞机的造型以及动力来源都会迎来大变革，但现役的上万架飞机暂时还不会退休，它们只能使用液体燃料。

现役飞机可以通过升级发动机或加装翼尖、小翼之类的设备提升飞行效率、减少污染，但要实现绿色飞行，最有效的方法依旧是更换燃料。

SAF可以带动减少碳排放的良性循环，它的原料可以是甘蔗杆，也可以是工业废料或城市垃圾填埋场的垃圾。从源头上讲，SAF就比化石燃料环保得多。并且，飞机发动机只需进行微调就可使用SAF，机场也无需更换加油设备。相反，使用液体燃料之外的动力来源，机场设施就必须作出相应的调整了。

那还等什么呢？首先，SAF价格太贵，是普通航空煤油的三到七倍。使用SAF的飞机数量确实有所增多，但相比总量还是微不足道。2019年，航空业烧掉了950亿加仑燃油，SAF占比不足0.1%。其次，航空业无法完全依赖最便宜、最易获取的SAF原料，比如粮食。总不能让燃料和食物抢地抢水吧，果真这么做了，对环境而言也无非是拆东墙补西墙。

支持者声称，如果SAF的产量能增加到足以满足航空业的基本需求，价格自然就会掉下去，这样就可以和航空煤油竞争了。这是个典型的“先有鸡还是先有蛋”的悖论。根据供需关系，有需求才有供给，但现在的情况是供应量过小、价格过贵，根本无法刺激需求。政府倒是可以尝试用政策解决这一问题，比如对煤油征收碳税或强制要求所有航空燃料都添加一定比例的SAF。

“SAF的使用量必须提上去，”罗尔斯·罗伊斯公司首席技术官保罗·斯坦恩说，“不过整个行业暂时还是慢半拍。”

法国南部的空中客车总部正在研发一款新型飞机Maveric。这种飞机之前恐怕只在科幻电影中出现过，外形跟魔鬼鱼差不多。它问世以后，《星际迷航》中的画面就可以变为现实了。

要想一下子颠覆飞机制造业现有的模式并不现实。一款能改变航空业游戏规则的客机，光是研发就要花掉数年的时间，之后还要花更长的时间进行严苛的安全测试，方能走向商用。我们能否找到更高效、更绿色的飞行方式？Maveric就是空中客车给出的答案。

Maveric采用翼身一体的设计理念，和航空公司现役客机相比，它的碳排放量可以降低40%。整个飞机如同一对大翅膀，可以有效减少阻力以及爬升难度。荷兰代尔夫特理工大学在研的V型飞机采取了相似的设计理念，整个飞机看上去像一个回旋镖。

2020年，空中客车宣布要研发一款新型飞机，在业内引起了轰动。这款飞机是Maveric姊妹款，用的是氢燃料，主要排放物是水蒸气，可实现零碳排放。不过，这就跟电动汽车一样，零排放并不代表零污染，因为电并不是凭空产生的，是否有污染，要先问电是从哪里来的。相应地，空中客车也要探索生产和储存氢燃料的合理途径。

水经过电解会分解成氢气和氧气，以这种途径获得的氢被称作“绿色氢能源”。当下多数氢能源都源自化石燃料，但绿色氢能源才是人类的梦想。随着科技的进步和普及，不少人认为绿色氢能源早晚会广泛应用于航天业。

光生产氢还不够，还要将其压缩为液态氢，并贮存在零下252.76摄氏度的低温环境，实现这些自然要消耗大量能源。如果不选择液态氢，气态氢势必要占据极大的空间。

不论是液态还是气态，氢动力飞机肯定不同于今日的飞机，这意味着机场设施要作出相应的调整。空中客车也表示这些挑战确实客观存在，但还是对市场持乐观态度。“我们坚信氢能源是航空业实现绿色飞行的必然选择，别的手段或许可以减少碳排放，但氢能源可以让碳排放归零。”空中客车北美研究与技术副总裁阿曼达·辛普森说，“如果我们再用绿色电力生产氢能源，就更好了，没有比这更清洁的方法了！”

2008年，波音公司试飛了世界首架完全由氢能源驱动的飞机，但波音对氢能源的态度并没有那么乐观。“我们的结论很明确，对商用喷气式飞机而言，SAF才是唯一可行的减碳方案，这一点在短期甚至中期内都不会改变。”波音总工程师布赖恩·尤特克说，“我们要先解决眼前的问题。”

加州中部的霍利斯特每年都会举办摩托车拉力赛，电影《飞车党》的灵感就源于此。不过，最近在霍利斯特引起轰动的并非街道上摩托车的轰鸣声，而是机场上空的低语，这声音是一架装有13个旋翼的飞行器发出的。值得注意的是，上面并没有飞行员。

空客公司的城市空中客车，动能由左侧四块方形电池提供。

城市空中客车搭载了四组推进装置，每组装置配有两台发动机和两个推进器。

Wisk公司研发的这架无人驾驶电动飞机现在看来可能是异类，但研发者有信心让它成为明日的空中出租车。研究电动飞机的并不止他们一家，许多初创公司都在做这件事。Wisk的愿景是让打飞的变得跟打车一样便捷，当然，还要安全可靠。“航空业的安全标准非常苛刻，但我们必须达标，否则过不了美国联邦航空局这一关，没有他们点头，谁也别想飞。”Wisk首席执行官加里·吉森说。

我们不确定空中出租车何时能开始运营，但垂直飞行协会称在研的垂直起降电动飞机就有475款。因此，這件事不仅不是空中楼阁，还是实实在在的生意。这些飞机可以垂直起降、接人送人，这是固定翼飞机做不到的。另外，相比直升机，这些电动飞机具有安静的优势，不会引起周围人的抱怨。

吉森说，空中出租车可以在机场接人，然后将他们送到公寓楼楼顶的起降台。我开玩笑说，有的人预约空中出租车，恐怕不是奔着去哪儿，而是奔着鸟瞰的体验去的。

“没错！”吉森激动地说，“趣味性也是这个市场的一大魅力。”他还表示，一开始作市场调研时，除了安全、安静等基本要求外，人们最想要的竟然是稳定的无线网络。“我都无语了！”他说，“赶紧放下该死的手机，看看窗外的美景吧！”

谈到电动飞机，我们不得不提Eviation公司的爱丽丝电动飞机。Eviation首席执行官奥马尔·巴约海高调宣称，爱丽丝将和莱特飞行器、波音707享有同等的历史地位。“飞机的发展一开始是螺旋桨时代，之后是喷气时代，如今，我们将迎来电气时代。”然而，爱丽丝本身就体现了电动飞机的缺陷——电池的重量占去了飞机总重量的60%。

波音公司为777X型喷气式飞机打造的碳纤维机翼长110英尺。

慕尼黑工业大学的研究人员联手空中客车，共同研究藻类植物，探索生产生物燃料和碳纤维的新途径。

发烧友说，再过个十几年，电动飞机的载客量有望达到50人，飞行距离也有望达到数百英里。不过，对主流大客机而言，要装的人数会多得多，飞的距离也远不止几百英里。将主流大客机替换为电动飞机，就算再过几十年，也是痴人说梦。总有一天，我们的后代会坐上零排放的飞机，并对此习以为常。但在那一天到来之前我们该怎么做？这才是急需解决的问题。

[编译自美国《国家地理》]

编辑：要媛

今天的喷气式飞机还要飞数十年才会退出历史舞台，但工程师已经在加班加点，设计下一代飞机了，这里面有针对短距离航班的电动飞机，也有革命性的氢动力飞机，V型飞机就属于后者。