一个更清洁的未来——航空业需要彻底的重新设计

航空是一大污染源。在全球范围内，该行业每年产生约10亿吨二氧化碳，与世界第三大经济体日本的排放量相当。尽管许多政府正在规范汽车和卡车的排放，例如逐步淘汰内燃机，改用电动汽车，但航空运输在技术上仍植根于旧模式。除了COVID-19大流行期间的暂停外，过去20年里，航班排放每年增长2.5%。在未来30年里，该行业对全球变暖的影响将超过其整个历史¹自从莱特兄弟在20世纪初的第一次飞行以来。

减少该行业对全球变暖的影响是世界卫生组织三年一度的大会议程上的重要议题国际民用航空组织(ICAO)本月在加拿大蒙特利尔召开会议．来自193个国家的部长们将试图协商一个全行业的减排目标，以符合巴黎气候协议的目标。关于采取行动的必要性将会有很多讨论。然而，筹备工作表明，会议的大部分重点将放在人们熟悉的想法上，比如更清洁的航空燃料形式和抵消碳排放的计划。并非巧合的是，这些想法对当今行业的运营方式也是破坏性最小的。

我们在十年内将甲烷捕获技术商业化，具体过程如下

我们认为，这种做法可能被证明是危险的狭隘。消除航空业对全球变暖的影响意味着颠覆整个行业。逃避现实的时间越长，就越难找到有效的解决办法。

仅靠安装新设备捕获污染物是无法减少飞机排放的。事实可能证明，要以足够的规模生产足够清洁的航空燃料是不可能的。碳补偿的主要形式都有缺陷，根本行不通。除了二氧化碳，还要解决飞机对气候的其他影响₂在一个极其注重安全、重量和空间的行业，可能需要对发动机、机身和机载存储设备进行大修。一架典型的客机包含数百万个部件。商业航空也与空中交通管制和地面处理过程紧密相连，这使得深刻的变革难以规划和实施。

实验是需要的。航空公司、燃料供应商、飞机和发动机制造商应该测试各种各样的想法，以了解什么才是真正可行的。其中一些研究正在进行中，但政府和企业需要更快更努力地推动。开始还需要了解气候科学和技术的不确定性如何影响排放控制战略。

有限的视野

航空业对气候挑战的回应是工业利益对现实的胜利。原因很容易理解。航空公司的利润通常非常微薄。机场很难收回基础设施大规模投资的成本，而且在技术快速变化时还存在成本搁浅的风险。飞机制造商每次设计波音787或空客A380等全新飞机时，都会“与公司打赌”。航空工业的主要部门由大公司主导，它们对风险和成本非常敏感。他们想要破坏性最小的技术选择。国际民航组织的政府间协会反映了政府和公司今天愿意做什么。

新冠肺炎后会议旅行脱碳途径分析

然而，目标与实际需要之间存在脱节。航空公司和行业组织已经发表了大胆的声明。许多人致力于净零二氧化碳₂污染到2050年．然而，没有人知道如何进行如此大幅度的削减。国际机构已为“可持续航空燃料”等技术制定了路线图(包括ICAO)，由工业伙伴合作，例如任务可能并通过政府，如英国．这些计划充其量只是初稿。

航空业对气候变化的反应几乎完全集中在两个选项上:更清洁的燃料和碳补偿。

今天，大多数可持续航空燃料来自生物燃料原料，如植物油和用过的食用油。与汽车用生物燃料一样，这类燃料被设计成与现有的喷气发动机兼容，并通过众所周知的农业和工业方法生产。如今，几乎没有任何需求，所以很容易供应——只有0.05%的航空燃料符合可持续航空燃料的分类，即使在欧洲，这一转变的主导者是谁．

但展望更远的未来，这类燃料的产量和价格无法以足够低的水平可持续生产，以取代所有的航空燃料，这是有风险的²．扩大生产规模将需要其他生产方式，比如通过基因工程藻类或其他生产更清洁、对土地依赖性更低的生物原料。航空燃料分子甚至可以用清除CO的机器组装₂从空气中。这样的技术，其中一些很有前途，还处于早期阶段。

燃料效率将起到一定作用，但不太可能从根本上减少排放。航空业已经有了从每吨昂贵的航空燃料中挤出更多乘客公里服务的经济动机，但每年的改善率不太可能超过1%^3.．如果短途航班被电动高铁取代，如果商务旅行(也许还有一些休闲旅行)换成视频会议，那么从飞机上转移需求也会有帮助⁴．但航空业的主要驱动力是长途旅行，在这方面，速度快的飞机是无与伦比的。当人们变得富有时，他们想要四处迁移。

面对航空业将继续大量排放的现实，国际民航组织建立了一个国际碳交易计划——国际航空碳补偿和减少计划，简称CORSIA。这鼓励广泛使用补偿⁵:航空公司可以购买排放信用额度，或投资于林业等储存碳的部门，以使其正常运营。CORSIA的目标是留住公司₂通过购买超过2019年基线的排放，实现2019年水平的排放。国际民航组织预测，到2035年，累计需求可能达到17亿吨，这可能使航空业成为世界上最大的补偿市场go.nature.com/3rwjtss）.

燃料危机:削减三个部门的需求，以保护经济和气候

然而，补偿面临着一个根本性的挑战:补偿的规模需要估算如果碳去除项目不存在将会发生的变暖污染流，并将其与项目实施后的污染流进行比较。前者是一个无法观察到的基线，是欺诈会计和其他“小恶魔”的温床。

目前和预期的未来，绝大多数补偿来自森林保护和再生项目。这些行业的可靠会计记录很差，因为它们缺乏可靠的基线。即使有了监督，森林项目也经常受到狂野假设的困扰，例如，如果没有这些项目，即使有其他森林保护措施，这些地区的树木也会完全消失。这样的假设推高了基准，让市场充斥着大量的抵销⁶．它们使会计人员更容易宣称排放量的净减少，即使大气几乎看不到任何好处。这些问题基本上是无法解决的⁷．越来越多的证据表明，将抵消作为实现净零排放的策略是一条死路。

巨大的未知

还有一个原因是碳抵消和更清洁的燃料都无法实现。它们没有涉及航空业影响气候的所有方面，其中许多方面仍不确定。我们知道飞机发动机燃烧化石燃料，释放二氧化碳₂，一种暖性气体。但发动机的高温也会产生氮氧化物，它们会释放出气溶胶，改变大气的组成。燃烧的碳氢化合物产生水蒸气，与气溶胶混合，产生尾迹。

最大的不确定因素与云的形成有关——这是一个快速发展的方面，有着巨大的不确定性。一些模拟警告说，“尾迹卷云”造成的变暖可能是CO的两倍₂从航空部门到2018年⁸(见“当前航空的增温和降温效应”)。其他基于卫星的研究给出的数据要低得多⁹．由于这些额外的影响，即使生物燃料取代了传统的航空燃料并减少了CO₂排放，它们可能无法完全解决气候问题。

这就引出了第二个深刻的不确定性:投资规划。在诊断不明确的情况下，政府和企业如何试图治愈病人?如果尾迹卷云被证明是一个主要问题，那么解决方案将需要远远超出清洁燃料——不同的推进系统，甚至改变飞机的航线。尾迹卷云只在某些大气条件下形成，因此，原则上，对航班时刻表、高度和路线的调整可能会起到作用。如果碳补偿实际上不能大规模抵消，或者清洁燃料不能扩大规模，那么航空业必须自己采取更多行动来减少对气候的影响。

做的更好,更快

有三个步骤可以帮助引领航空业走向不同的方向。

首先，行业和政府必须更加自我意识到当前应对气候危机的方法所带来的风险，这反映了维持现状的自身利益。可持续的航空燃料可能会发挥重要作用，但还需要更多的投资来选择目前还远不可行的选择，比如电动或氢动力飞机，这可能被证明是减少尾迹和消除排放的有效策略。因为它们具有高度的破坏性，这些解决方案不太可能来自主流行业。

即将召开的民航组织大会可以成为进行这种讨论的论坛。然而，大规模的技术变革从来没有通过现有的全球委员会的规划来实现。这样的委员会，倾向于避免分歧，选择的选择，比如碳补偿，可能比不作为更糟糕。相反，ICAO应该专注于它擅长的事情，比如制定全球目标。从政治上讲，关闭CORSIA可能是不可能的，但该组织至少应该检查补偿计划的限制。

使温室气体核算可靠——建立可互操作的系统

其次，需要建立航空领域“先行者”的国际联盟——由愿意带头的政府和公司组成的小团体。这种联盟的种子是存在的，波音和空客都参与了，还有一些政府和航空公司、货运公司和在商务旅行上花了很多钱的公司。然而，到目前为止，这些初步的努力过于狭隘地集中在燃料替代品上。

需要一种更多样化的实验方法——投资于不同的应对策略，包括氢、电和更清洁、更可扩展的燃料变体。它可能会把欧洲放在中心位置，因为欧洲的气候政策已经强有力和可信，而且欧洲政府可以帮助支持技术和财务上有风险的投资。重点包括欧洲空中交通管理系统的一项努力，以了解哪些航线对气候更有利，因为更短的航线和更少的延误可以降低对燃料的需求，新的航线可以减少航迹形成。出于对气候问题的担忧，世界各地类似的航班改道试验计划可能会得到推动。美国最近的气候和基础设施立法包括在氢能领域投入巨资，氢能也可能成为清洁航空的枢纽。更强有力的监管激励可能会增加变革的压力。

挪威承诺创建一个短途电动飞机市场，是政府和企业联合计划投资颠覆性技术的一个很好的例子。挪威是一个被峡湾和山脉撕裂的小国，许多机场都是为短途起飞和降落设计的，它们之间的距离也很短。因此，挪威是电动飞机的一个很好的试验台，而且由于这些航线中很少有商业上可行的，政府可以设定招标条款，要求零排放飞行。这个市场正在催生小型电动飞机的供应，这可能是改进此类技术的利基市场。

类似的大胆探索模式在过去被证明是成功的。例如，在制订关于臭氧层的《蒙特利尔议定书》时，国际目标和公众监督- -就像今天的航空业- -给一些积极性很高的公司和政府施加压力，要求它们寻找消除消耗臭氧层物质的解决办法。他们发现了许多。为了迅速减少这些问题，他们建立了一个由政府和行业专家共同管理的过程，以确定最佳和最现实的解决方案¹⁰．航空业需要一个类似的同行评审机制，可能在不愿发生冲突的国际民航组织之外，以仔细审查所吸取的详细教训。

第三，研究是必不可少的，例如，将有关大气中尾迹和化学相互作用的知识提高到一个水平，使航空业对未来的航线更有信心。关于航空如何诱导尾迹卷云和其他诱导云变化的理论和测量需要改进，对于不同推进系统如何通过大气化学影响气候的理解也需要改进。例如，氢燃料飞机可能会泄漏氢₂在制造和运输过程中进入大气的气体仍然会产生氮氧化物和尾迹，对气候的影响是未知的。

研究人员还需要解决技术、经济和政治上的实际解决方案。例如，一些人可能会评估有关诱导云的前沿想法，以及飞机改道、重新配制喷气燃料和部署电力或氢系统等策略。

这听起来很复杂。然而，这正是许多行业中技术革命发生的方式，包括创造了喷气式飞机时代的政府与企业合作关系^10，11．这也是其他高污染行业如何应对气候危机的问题除去碳素钢铁、水泥汽车和重新设计核反应堆。

航空业需要认真对待它所面临的不确定性。ICAO可以提供帮助，但成功将取决于更小的和地方的实验主义。