双碳背景下的绿色民机发展展望

吴光辉

（中国商用飞机有限责任公司，上海 200126）

引 言

习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上指出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”。当前碳排放大量集中在基础设施建设等领域，形势严峻，这对于发展新能源和可再生能源/优先发展数字产业、高新科技产业和现代服务业，以及工业、交通、建筑等领域转型升级、节约能源等方面提出了巨大的挑战。

1 航空业对碳排放的影响

近年，随着居民收入水平提高，消费升级，航空运输占比持续提升。中国民航业实现了历史性跨越发展，民航运输规模已连续15 年稳居世界第二位，逐年缩小与第一位的差距。根据中国商飞公司预测，中国民航将于2040 年左右进入高峰期，全球机队规模将达45397 架，其中中国机队规模预计为9084 架，届时中国将成为全球最大的单一航空市场。我国作为航空运输大国，正在向航空运输强国踏步前行，航空运输对碳排放的影响也在逐步扩大。

航空能源消耗以航空煤油为主。2019 年，据统计全球商业航空运输二氧化碳排放量约为9.18 亿吨，较2013 年增长了29%，占全球交通运输业碳排放的10%，占全球二氧化碳碳排放比重约2%。中国全民航碳排量约1.16 亿吨，其中航空公司占全民航能耗的96%。

航空排放对环境污染不容忽视，因其高空排放的特殊性而受到关注。航空业对全球变暖的“全部”贡献不仅仅在于二氧化碳排放量。飞机发动机每燃烧1 kg 燃油排放3.15 kg 的CO2，这种CO2在高层大气中停留近百年。其次，航空器在飞行过程中会排放氮氧化物、水蒸气和烟尘等，这也会对环境造成污染。

2 中国民机研制践行绿色发展观

“碳达峰碳中和”作为党中央做出的重大战略决策，对航空产业加快实现低碳转型和绿色发展提出了更高要求。中国民机研制应聚焦碳达峰碳中和主赛道，覆盖绿色全理念，力争实现绿色商用飞机的建设目标。

2.1 支线飞机绿色实践

在支线飞机研制中，应持续推进减重优化、减阻优化和降噪优化等专项研究。在减重优化中，应着重考虑EWIS 减重优化，座椅、地板减重优化及液压管路减重优化等，如图1 所示。在减阻优化中，可考虑在起落架舱门密封、襟翼展向间隙密封及垂尾VOR 天线安装角调整等方面，开展专项研究。在降噪优化中，如图2 所示，利用在驾驶舱、货舱后补区域及后盥洗室等加装消声器，实现飞机液压系统元件EDP（发动机驱动泵）管路降噪优化。通过以上措施，可实现驾驶舱区域、客舱区域平均噪声降低3 dB（A），噪声最大位置降低9 dB（A）。

2.2 大飞机绿色实践

在中国民机研制历程中，大飞机首次提出了“三减（减重、减阻、减排）”理念，将环保理念贯穿了飞机研制全过程。相比同类先进飞机，目标是实现减重2%，减阻5%，减排50%。在总体气动设计方面，采取新一代超临界机翼、新型鲨鳍小翼、双曲面承载风挡机头和低阻后体为标志的气动布局设计。机翼是我国自主设计研制的首个机翼，经试验验证综合性能良好，利用加装鲨鳍小翼，实现巡航马赫数下机翼阻力系数降低2%。在机体结构材料方面，先进材料首次在国产民机大规模应用，特别第三代铝锂合金材料、先进复合材料用量分别达到8.8%和12%。选用先进发动机LEAP⁃1C，如图3 所示，该一体化推进系统的发动机和短舱高度集成，有效减轻了结构重量，改善了发动机外涵道特性，降低了气动阻力，具有更好的经济性能。氮氧化物排放比ICAO CEAP6 标准低50%，二氧化碳CO2排放比现役飞机低12%。在噪声方面，整机外场噪声在满足ICAO第四阶段噪声要求基础上，累积裕度不低于10EPNdB。

将环保理念贯穿飞机研制全过程。如图4 所示，在飞机内饰和结构选用环保水基涂料，大大降低有机挥发物含量（VOC），缩短周期，降低成本。机身蒙皮由传统的化学铣改为先进镜像铣工艺，减少化学腐蚀剂污染，增强飞机蒙皮的疲劳性能。

2.3 远程宽体客机绿色实践

远程宽体客机在设计之初就将“低油耗、低噪声、低排放“作为设计指标，作为先进飞机的重要指标之一，复合材料使用率达到51%，如图5 所示。

先进气动技术方面，采用新一代超临界机翼和变弯度机翼设计，显著提升气动效率，降低气动噪声。选取具有高可靠性、低噪音、低排放的高涵道比低噪音涡扇发动机，有层流短舱，油耗更低特点，其基本型与同类机型相比，座公里COC 节省约10%，同时考虑使用生物燃料技术，保持绿色环保。

3 未来绿色民机技术展望

绿色可持续成为民机产品发展新驱动，国外企业已经开展相应绿色减排等技术研究，但我国尚处于探索阶段，建议从民机产品全生命周期、全产业链协同的角度，全面构建绿色飞机技术系列研究，识别、编制相关先进技术图谱，分阶段开展探索研究、为后续产品研发技术决策提供参考。

平台端，加快先进布局飞机（例如翼身融合布局、桁架支撑翼等新构型）研究。加快层流减阻技术、新一代超临界机翼等新技术研究。加快先进的复合材料、金属材料和绿色环保材料的研究。

机载系统端，加快先进系统设计研究。例如提前布局电推进系统，降低碳排放，提高飞机可靠性安全性。提前布局多电、全电飞机关键技术研究，改善飞机发动机性能、简化飞机系统结构，以实现节能减排。

能源端，推进能源清洁低碳转型，加快可持续航空燃料的研究和发展。飞机及发动机本身无需做任何改动的基础上，采取可持续航空燃料SAF，能将全生命周期二氧化碳净排放降低80%，是极为有效的减排手段。中国商飞与波音公司共同创建了航空节能减排技术中心，第一个研究项目就是识别沟油中的污染物，确定处理、清洁地沟油以使其转化为航空燃油的相关流程。建议可考虑建立我国自己的航空生物燃料使用标准，加强政策引导，鼓励飞机主制造商和各航空公司使用SAF，加快在航空业工业化的推广。

4 相关建议

“双碳”背景下的航空减碳民机发展，关键是以民机产品为核心的全生命周期考量，围绕民机产品的研发、生产制造、运营等，需要统筹考虑、系统规划涵盖高效运营、先进技术、绿色研制、绿色回收等环节。

一是在顶层规划方面，应紧扣国家顶层“双碳”目标，结合国际航空行业的航空减排约束，评估我国航空碳减排总体需求，提出国产民机绿色发展的顶层要求，通过自上而下和自下而上的迭代，形成具体的目标和指标作牵引。

二是在运营领域方面，提升飞机运营管理水平，比如双发飞机采取单发滑行，可以减少地面油耗、碳排，减少有害气体排放。又比如实施四维航迹控制，实现飞行全过程定时、定点控制，实现地面空管自动化系统与飞机飞行管理系统的实时信息交互。还可以优化空域及航线，采取新技术如高度分成、减少间隔时间、减少等待时间与飞行时间等措施，采取优化跑道及滑行道、停机坪/登机口等配置，共同营造“民航+绿色低碳”生态圈。

三是在飞行技术方面，加快能源的多元化布局。推动锂电池及其他先进电池的替代应用。提前布局氢能飞机基础研发和关键技术的攻关，占领技术高地。据国际趋势预判，氢能源飞机预计2050 年、电动飞机预计2035 年后可小规模在短途客运和通用航空中实现商用。

四是做好老机型翻新及绿色回收。飞机寿命往往是20⁃30 年，一旦过了前10 年飞机使用黄金期，飞机维修成本和燃油消耗等会增加，部分飞机会被提前退役。而退役后的飞机放置在室外降解，往往会对土壤、地下水等自然资源造成不可逆转的环境污染，影响当地生态环境。