民用航空運輸業低碳化發展戰略研究

吳光輝，馬靜華，劉倩，于敬磊，王煜，熊華文，張志雄，苗強

（1. 中國商用飛機有限責任公司，上海 200126；2. 中國商飛北京民用飛機技術研究中心，北京 102211；3. 中國民航科學技術研究院，北京 102211）

一、前言

全球變暖形勢趨于嚴峻，促使更多國家將碳達峰、碳中和（“雙碳”）上升為國家戰略目標。降低碳排放并最終實現碳中和，成為全球關注和踐行的重要議題。航空運輸是經濟社會活動中速度最快、通達及時效性最強的運輸方式，具有行業體量大、跨境 / 跨政策體系的運營特征，對國內和國際經貿發展起到難以替代的支持作用。

航空器直接向對流層頂部、平流層底部排放氣體和顆粒物，影響大氣層的結構，改變大氣層的溫室氣體濃度，引發形成凝結尾流，增加卷云云量；相比其他交通方式而言對氣候的影響更為直接，使得航空運輸業“雙碳”目標的實現過程必然呈現復雜性和多邊性。2019年，世界民航運輸業的碳排放量為9.2×108t，占全球CO2排放總量的2.4%、交通領域碳排放量的11%[1]。未來20 年，全球航空旅客周轉量將以年均3.9%的速度增長，而中國相應增速為5.6%[2]。按照現有的發展趨勢，如不及時加以控制，到2050 年全球將有25%的碳排放量來自民航運輸業，因而航空碳減排壓力極大。

我國已正式提出“雙碳”戰略目標。民用航空（民航）運輸業的碳排放量與航空運輸量、航空燃油類型、空中交通結構等因素相關。在行業運輸周轉量、機隊規模均持續增長的情況下，民航碳排放總量勢必隨之增長；探索和完善各種節能減排措施，支持實現航空碳中和的既定目標極具挑戰。

我國是全球民航運輸業第二大碳排放國，而機隊整體機齡短、基線高，在能效提升方面的鎖定成本較高，短期潛力有限，面臨國內和國際雙重碳減排壓力，積極探索低碳技術與發展路徑迫在眉睫。針對于此，本文辨識民航運輸業低碳化發展需求，梳理現狀和問題，提出發展目標、基本思路、重點任務，以期為我國民航運輸業高質量發展提供啟示和參考。

二、國際民航運輸業低碳化發展形勢

在全球碳減排、綠色航空發展的背景下，民航運輸業碳減排成為行業共識。歐洲、美國、國際民航組織（ICAO）、國際航空運輸協會（IATA）等國家 / 地區和國際組織發布了航空碳減排規劃，組織開展一系列技術創新研究，為新一代綠色飛機研制、民航運營體系升級等做好準備[3]。2017 年，ICAO 審議通過《飛機二氧化碳排放》，這是ICAO的191 個締約國同意簽署的第1 個全球性政府間協定。2019年，歐洲航空安全局頒發了CS-CO2規章；2022 年，美國聯邦航空局（FAA）頒發了FAR-38部；2023 年，中國民用航空局頒發了CCAR-34-R1，規定了對飛機CO2排放的要求。這表明，碳減排成為國際主流民用航空適航體系中的強制性標準。

（一）歐洲航空碳減排規劃及路徑

歐盟委員會提出《歐洲綠色協議》（2019 年），目標是到2050年歐洲成為全球首個碳中和地區。歐盟提出“可持續歐洲投資計劃”，在歐盟長期預算中將至少25%的經費用于氣候行動。《航空凈零排放2050路線圖》（2021年）提出具體措施：改進飛機 / 發動機技術（減少碳排放37%），使用可持續航空燃料（減少碳排放34%），實施經濟鼓勵措施（減少碳排放8%），提升空管和飛機運營效率（減少碳排放6%）[4]。

在推進碳減排的過程中，歐盟委員會提出了“Fit for 55”法規與政策提案（2021年），建議歐盟溫室氣體凈排放量在2030 年減少55%、在2050 年實現碳中和。與航空運輸相關的內容有：修訂歐盟排放交易系統、航空排放規則；逐漸取消航空免費碳排放配額，與ICAO 的國際航空碳抵消和減排計劃（CORSIA）趨同；降低歐盟內部可持續航空燃油的最低稅率，鼓勵使用可持續航空燃油，激勵航空公司使用燃油效率更高、污染水平更低的飛機；要求航空燃油供應商在歐盟的機場內更高比例供應可持續航空燃油[5]。

（二）美國航空碳減排規劃及措施

美國出臺了一系列航空規劃與計劃，如“國家航空研究與發展政策”“美國航空航天局航空技術路線圖”“FAA 美國持續降低能源、排放和噪聲計劃”“美國航空航天局新航空地平線計劃”“美國新一代航空運輸系統計劃”等，全面支持綠色航空發展（見圖1）。其中的重點舉措包括：研發更節能的新型飛機和發動機技術，引入效率更高的新型航空器，優化航跡以降低燃油消耗和尾跡的影響，推動能源行業生產可持續航空燃料等。

圖1 美國綠色航空相關研究計劃

（三）國際組織碳減排規劃及路徑

ICAO提出的CORSIA計劃（2016年）是第一個全球性的行業碳減排市場機制。CORSIA計劃分階段推進：2021—2023年為試驗期（自愿參與），2024—2026 年為第一階段（自愿參與），2027—2035 年為第二階段（國際航空運輸噸千米收入（RTK）超過0.5%或累計全球國際航空運輸RTK 占比超過90%的國家強制參與）。也要注意到，該機制規定的碳減排方案對快速發展的中國民航極為不利，可能直接影響中國航空公司的國際競爭力[6]。

IATA 從行業需求角度出發，分別在2009 年、2013年、2020年發布《2050飛機技術發展路線圖》，提出了技術升級（含更節能的飛機、可持續替代燃料）、高效的飛行運營、改進的空域與機場基礎設施、積極的經濟措施等方面的內容；建議行業、政府、監管機構采用，明確了技術方面的減排優勢[7]。IATA通過一項決議（2021年），要求成員航空公司承諾到2050 年實現凈零碳排放，以滿足《巴黎協定》中將全球升溫控制在1.5 ℃以內的關鍵目標[8]。

世界航空運輸行動小組發布了全球民航應對氣候變化的《Waypoint 2050》（2020年），詳細制定了短期、中期、長期環境目標，研判了未來新能源技術應用和新能源飛機發展態勢[9]。相關環境目標得到了IATA董事會、協會年度大會的支持，即到2050年全球民航CO2排放量比2005年減少50%，在此基礎上再過10年達到凈零碳排放。

三、我國民航運輸業碳排放現狀和問題

（一）我國民航運輸業低碳化發展需求

“雙碳”戰略目標的提出，體現了我國努力遏制全球氣候變化的愿景和決心。“碳排放達峰后穩中有降”已列入國家2035年遠景目標，諸多行業的綠色低碳化發展成為時代潮流。民航碳排放的結構性特征明顯，航空公司（飛機）是民航主要的碳排放源。例如，按照周轉量法進行碳排放測算，2020年我國民航CO2排放總量約為8.22×107t，其中直接碳排放量（飛機和機場使用化石燃料燃燒所產生）占比為97%，間接碳排放量（使用地面電力所產生）占比為3%。飛機飛行航段中的航空煤油燃燒是民航能源消耗的主體，因而解決航空運輸業碳排放的切入點在于減少航空燃油相關的碳排放。

隨著民航運輸業的快速發展，能源消耗與溫室氣體排放總量也將快速增加，應對氣候變化工作面臨的形勢更為嚴峻。我國是ICAO 一類理事國，我國民航也需要積極參與ICAO 減排事務，嚴格落實國家節能減排要求，將綠色低碳發展貫穿到行業發展的全過程。《關于“十四五”期間深化民航改革工作的意見》（2021 年）要求，從空域優化與改革、政府資源調配、法律法規建設、新技術應用、綠色民航機制等方面出發，促進綠色轉型。《“十四五”民用航空發展規劃》（2021 年）提出，堅持以“雙碳”戰略目標為引領，從技術、運行、市場機制等方面統籌推進行業綠色發展。《“十四五”民航綠色發展專項規劃》（2022 年）要求，大力推進行業脫碳，應用綠色低碳技術，提升運營管理能效，強化空管支撐保障，建立基于市場的民航減排機制。相關政策為民航運輸業低碳化發展明確了目標導向[10]。

（二）我國民航運輸業碳排放發展現狀

目前，很多發達國家的民航已實現碳達峰，多為正常發展情況下的自然達峰。我國民航重視綠色發展和低碳轉型，以技術和產品升級的方式使民航單位碳排放呈下降趨勢（見圖2），但因行業發展增速較快而使排放總量仍處于上升階段。

圖2 我國民航總運輸周轉量及噸千米排放情況

過去數十年，我國民航運輸業快速發展，航空運輸周轉量、旅客運輸量從1980 年的4.29×108t·km、3.43×106人次分別增長至2019 年的1.293×1011t·km、6.6×108t·km人次[11]；民航碳排放也從1980年的1.07×106t提高至2019年的1.161×108t（增長約108倍），占全球民航總碳排放量的27.9%。可以看出，民航碳排放量與行業發展呈正相關性，且二者增速趨同。考慮到我國民航運輸業仍處于快速發展階段，加之碳排放基數大，現有的常規舉措不足以支持實現2030年碳達峰目標；尤其是2013年以來，民航單位噸千米碳排放量進入了平臺期，表明減排潛力越來越小，而需付出的減排成本將越來越高。

我國民航運輸的噸千米碳排放量呈現穩步下降趨勢，從1980年的2.493 kg/(t·km)下降至2019年的0.898 kg/(t·km)，合計降幅為64%（見圖2）。受新型冠狀病毒感染（COVID-19）疫情的影響，2020 年民航運輸總周轉量相比2019年大幅下跌39%，但機隊規模仍在增長（截至2020年年末為3903架）。雖然總碳排放量隨著總周轉量的下挫有顯著回調，但民航排放油耗上升至0.995 /(t·km)，較2019 年水平高11%，這是由2020年國際航班量下降、飛機平均航段里程縮短導致的[12]。

（三）我國民航運輸業碳排放面臨的問題

1. 行業快速發展與碳減排要求嚴苛之間的矛盾

盡管行業短期內受COVID-19 疫情影響較大，但中長期來看全球仍將保持年均4%以上的增長速度。我國民航運輸業仍處于快速增長期，成為全球恢復最快的航空市場。“十四五”時期，國內國際雙循環新發展格局的構建、《區域全面經濟伙伴關系協定》等國際合作的開展，都將拓展我國民航運輸業的國際發展空間并提升國際影響力。根據行業規劃，2025年我國民航旅客運輸量將達到9.3×108人次（復合增長率為5.9%），人均乘機率將提升到0.67；相應的民航機場保障航班起降將超過1.7×107架次，導致面臨的減排壓力進一步增大[13]。

目前，我國航空公司機隊的平均機齡約為7年，其中客機的平均機齡約為6年；相比發達國家的機隊已有較高的飛機燃油效率，但碳減排水平的基線較高、碳排放強度的下降空間較小。現有的碳減排措施，如新型節油飛機 / 發動機、飛機利用率及載運率提高、高效清潔的地面設備、航空運輸系統優化等措施，成本高昂而碳減排收益不明顯，難以起到決定性的碳減排作用。

我國正在從單一領域民航大國向綜合性民航強國邁進，未來機隊規模、機場數量都將快速增長，面臨的各類資源環境瓶頸問題也將更加突出：民航可用空域資源供給的增幅有限，航路 / 航線結構不盡合理，燃料供應對外依存度較高。因此，以綠色低碳為導向的高質量發展是民航運輸業持續健康發展的內在要求，有助于拓展發展空間、提升全球市場競爭能力。在“雙碳”目標提出后，我國民航綠色低碳發展上升到新的戰略高度，平衡好發展與綠色關系迫在眉睫，不可避免地帶來嚴峻的行業調整壓力。

2. 產業基礎不強與碳減排進度緊迫之間的矛盾

在激烈的國際市場競爭中，我國民航運輸業盈利能力相對較弱，而CORSIA市場機制、“Fit for 55”政策提案、可持續航空燃料價格依然較高等情況，都進一步增加了盈利難度。我國民航運輸業的薄利現狀與額外的碳減排成本耦合，構成了行業發展的直接挑戰。

從碳達峰到碳中和，美國經歷了約43年，歐洲經歷了約71 年，而我國僅有30 年。相比航空產業鏈成熟的發達國家，我國民航運輸業碳減排周期短、壓力大。我國民航產業仍處于發展初期，自主創新能力薄弱，飛機、空管設施 / 設備、航材等較多來自國外供應商，不利于航空運輸業各主體開展節能技術改造。此外，民航運輸業的整體運營效能有待提升，空中繞飛、地面滑行時間過長等現象仍然突出。要用10 年左右的時間實現碳達峰、再用30年左右的時間實現碳中和，需要徹底解決制約民航運輸業發展的資源瓶頸問題，相應任務異常艱巨。

3. 飛機高效脫碳技術與可持續能源產業尚不成熟之間的矛盾

推動民航減碳發展，最有效的方式是實現航空器設計，尤其是飛機動力、能源形式的變革性技術突破，最終實現凈零排放。客觀來看，航空產品系統復雜、安全性可靠性要求高、驗證周期長、技術門檻高，民機主制造商在“革命性”機型研發方面必然保持謹慎態度。當前，我國民航的低碳、零碳、負碳技術發展遠不夠成熟，各類技術系統集成難、環節構成復雜、應用成本昂貴。根據我國飛機主制造商的發展規劃，電動化、氫能源的應用仍有諸多技術障礙，全電飛機、氫能飛機等將在2045年甚至2050年才能投入商用。

在全球主要航空公司的零碳戰略中，成效直接且實施快速的選項是可持續航空燃料，但受到生產成本、原材料供應能力的制約。我國雖有國產可持續航空燃料產品獲批及試飛應用，但整體上沒有形成航空低碳能源產業鏈，原材料生產、煉化、儲運、商業飛行等方面存在短板；如果僅是簡單延續當前的政策、投資、碳減排等目標，已有的低碳和零碳技術難以支撐實現民航運輸業“雙碳”目標。因此，加強政策引導和機制建設，激發利益關聯方的積極性，擴大可持續航空燃料研發與試點應用的支持力度及部署范圍，培育并協調推進全產業鏈建設等，成為亟待開展的工作。也需超前謀劃全電飛機、氫能飛機等綠色能源航空器的發展，推動國產飛機制造商、航材供應商在此方向上的研發突破。

4. 其他交通方式低碳化發展將加大民航運輸業的碳減排壓力

國際能源署預測，從全球范圍來看，航空排放在交通行業排放中的占比將逐漸提高。在我國，雖然當前民航飛機的碳排放在全部碳排放中的占比很低（2020年約為1%），但隨著鐵路電氣化比例不斷提高、電動汽車規模化應用、“公轉鐵”“公轉水”等交通運輸結構持續優化，民航碳排放在整個交通碳排放中的占比將進一步提高，因而民航綠色低碳發展受到更多關注[14]。民航行業對我國交通運輸業整體達峰的影響不大，但在交通運輸業的深度減排過程中理應做出更大貢獻。當然，也應認識到不同交通方式所處發展階段、技術條件、基礎能力的差異性，應將民航“雙碳”目標與整個交通運輸行業“雙碳”進程有機結合，科學制定并強化交通行業“雙碳”時間表、路線圖，把握好節奏并平衡好力度。

四、我國民航運輸業低碳化發展目標、基本思路和重點舉措

（一）我國民航運輸業低碳化發展目標

航空運輸低碳化發展是未來航空技術發展、民航企業“走出去”的必然選擇，也是適應航空運輸業變革升級的時代要求。《“十四五”民航綠色發展專項規劃》提出，2025年我國民航業綠色轉型取得階段性成果，減污降碳協同增效初步顯現，行業碳排放強度持續下降，低碳能源消費占比不斷提升。到2035 年，綠色低碳循環發展體系趨于完善，航空運輸實現碳中性增長，機場碳排放逐步進入峰值平臺期。

以上述規劃目標為基礎，綜合研判航空市場增長與低碳技術發展趨勢，提出我國民航運輸業低碳化發展的整體目標：2035—2040年，民航運輸業碳排放進入平臺期，實現碳達峰；2060年，民航運輸業力爭實現碳中和。屆時，我國將形成民航綠色低碳發展格局，實現民航運輸清潔化、高效化、智慧化變革，建成與民航強國相適應的低碳民航運輸體系。航空領域分階段排放特征，在航空產業、產品、運營、能源應用方面的減碳任務與目標如圖3所示。

圖3 民航運輸業碳減排發展階段預測

（二）我國民航運輸業低碳化發展思路

航空運輸業低碳化發展的核心理念是，在充分保障飛行安全和服務質量的前提下，積極推進航空產業的低碳技術創新，以“節能、減排、降噪”為核心要素。落實低碳發展任務，需要民機全產業鏈、產品全生命周期的協同配合，需要全行業的共同意識、共同研究、共同設計、共同實施。針對民航運輸業碳減排發展，國際民航相關組織和多國政府已有規劃、舉措和路徑；以此為基礎，結合我國民航運輸業發展實際，提出民航運輸業低碳化發展思路。

一是在國家層面，統籌“雙碳”戰略目標、航空運輸業碳排放約束，制定民用航空低碳化發展的頂層規劃，合理增加財政專項對航空運輸業低碳化發展的支持力度。建議設立以企業為主體的專門責任機構，結合國家民用飛機產品發展戰略、未來20～30 年國產民機發展目標，論證提出我國未來民機技術重大基礎研究計劃；支持系統性、針對性地開展航空低碳化技術體系研究，涵蓋先進方案設計、安全適航、綠色制造、高效運營、綠色回收等重要環節，形成目標明確、層次明晰、邏輯清晰的體系性指引。財政稅收政策在航空運輸業低碳發展中具有引導性作用，已體現在發達國家的碳稅政策、歐盟的碳交易體系中。我國可統籌制定面向全產業鏈的航空減排經濟政策，適時發布相關的財政補貼、稅費減免政策。面向全產業鏈，以航空制造和運營企業、科研院所、高校為主體，支持建設開放型實驗室、工程中心，聚焦民航低碳、零碳、負碳等先進技術開展研發、驗證和應用，

二是在主制造商層面，積極探索產品創新方向，推動能源技術和減排技術的進步與應用。綠色環保是未來民機產品的發展目標，具有更高的燃油效率、更低的噪聲、更少的污染排放等顯著特征。全球民航運輸業正在從提高燃油效率以減少碳排放的漸進式改革，轉向發展新型低碳推進技術和新燃料的革命性方向。主制造商應積極與政府、管理局、航空公司、供應商密切合作，分類開展綠色航空器頂層需求及指標體系、技術攻關路徑、新材料與制造、安全運營、適航發展、產業配套等研究；通過綜合預估與權衡分析，明確產品創新發展目標，制定未來綠色能源航空器的發展規劃，提出兼顧可實現性和未來發展目標的行動路線圖；適度超前布局中長期的總體進度與關鍵技術，組織實施具有前瞻性、戰略性的重大科研項目，開展支撐翼、翼身融合等新布局飛機方案，電動、混合動力、氫能等新能源飛機技術研發，適時啟動核動力飛機的可行性論證；加強航空運輸與航空制造的協同創新，重點突破高性能發動機、航空運營效率提升等方面的關鍵技術，攻克未來航空低碳化發展的瓶頸環節。

三是優化能源結構，加快可持續航空燃料產業化發展與應用。開展可持續航空燃料的技術研發、原料收集、生產適航、民航示范應用，把握航空運輸市場的調整主動權。推動重大科技創新和工程示范，實施可持續航空燃料示范工程；加強國際合作，建立可持續航空燃料戰略聯盟，參與或主導國際標準制定，精準提升國際引領力。建立低碳綠色航油供應鏈，形成“生產 - 運輸 - 加注”全產業鏈發展合力。推進光伏、地熱等新能源的機場應用，開展近零碳機場建設。開展氫能源等清潔能源的民航領域示范應用，適度超前部署戰略性技術，逐步推動電動、氫能等新能源動力飛機的研制與試用。應關注航空低碳能源應用相關的基礎設施（如可持續航空燃料、氫、電等能源的配套存儲、運輸和供應）建設保障問題，促進能源供應商、民機制造商、航空公司、機場等方面的協調發展。

四是以能效提升、智慧民航、市場機制等作為航空公司運營的脫碳路徑。發展智慧民航，促進航空公司低碳運營，以能源高效化利用為目標，推動行業數字化、智能化、智慧化轉型升級，提升航班運行控制、網絡規劃、航空器管理等能力。推進空中交通服務、流量管理、空域管理智慧化，建立智慧節油管理系統，提高民航運行碳排放管理的科學性和精準性，提升航線 / 航班管理水平。引導航空公司持續優化航線網絡布局、機隊結構，科學規劃國內外航線網絡體系，提升民航運輸業的整體運行能效。采取市場化減排等手段，建立民航低碳管理機制；強化民航相關企業的減排責任，積極參與國際、國內碳交易市場，顯著提升綠色競爭能力。

（三）我國民航運輸業低碳化發展的重點舉措

一般認為，常規減排技術或替代技術難以實現深度減排，實現長期的深度脫碳或碳中和目標，關鍵在于突破性技術支撐。IATA、ICAO 等提出的民航減排支柱性措施，如飛機技術進步、空管與機場的管理減排措施、碳市場措施、可持續航空燃料等，在技術成熟程度上存在較大的差異性。綜合看來，空管與機場的管理減排措施、運行效率提升措施的技術相對成熟，但減排潛力較小；提升飛機運營效率是近期最可行的手段，飛機與動力系統變革、可持續航空燃料技術將在行業深度脫碳方面發揮關鍵性作用，而標準體系、市場調控等措施可發揮輔助性作用（見圖4）。

圖4 民航運輸業低碳化發展舉措

五、我國民航運輸業低碳化發展建議

（一）研發低碳商用飛機產品

在國產支線飛機、窄體干線飛機陸續進入商業運營后，應及時明確下一代低碳化民用飛機研發任務方向，開展和深化未來產品的預先研究，為支持我國航空低碳化技術跨越式發展提供根本性解決方案。① 對于支線飛機，近期應用可持續航空燃料以快速降低碳排放量；中期（2035年）采用現有或新研小型發動機作為主發動機并應用油電混合動力能源，創新使用層流大展弦比支撐翼、T 型尾翼、發動機尾吊或翼吊等總體氣動布局；遠期（2050 年）開發氫燃料電池 / 氫燃料渦輪推進系統。② 對于窄體干線飛機（單通道），近期應用可持續航空燃料以快速降低碳排放量；中期（2035年）應用混合電推進動力形式，提高機載用電比例；遠期（2050年）應用氫渦輪發動機為動力形式。③ 對于寬體飛機，著重關注遠程航線的碳減排，近期應用可持續航空燃料以快速降低碳排放量；遠期（2050年）應用氫動力方案，同步推進核動力方案的技術探索。

（二）推進可持續航空燃料產業化

明確可持續航空燃料應用的政策目標，發揮引導性作用，形成可持續航空燃料產業化發展的良好環境。推進國產飛機型號的可持續航空燃料裝機應用、示范航線運行，100%摻混比率的可持續航空燃料地面及飛行試驗，開展可行性與安全性評估，建立相關標準及適航認證流程。擴大可持續航空燃料的應用規模，為使用可持續航空燃料的航空公司、生產商、供應商提供合理水平的補貼，促成穩定的可持續航空燃料承購協議，積極加入可持續航空燃料使用者小組、可持續生物材料圓桌會議等機制。提升可持續航空燃料的產能，按照合理水平在燃料生產和供應基礎設施的建設期給予貸款優惠、在運行期給予財政補貼，提高對相關技術開發項目的支持力度。

（三）提升民航運營系統效率

適時優化機隊結構，引入低能耗、低排放飛機。開展飛機節能技術改造，應用輕質化機載設備、電子飛行包以降低飛機運行載重。加強地面電源對飛機APU 的應用替代，持續提升飛機燃油效率。科學規劃和布局航空公司智慧中樞，增強航班運行控制、網絡規劃、航空器管理方面的能力。加快航空產品、航空公司、機場全面協同的數字化轉型進程，提升機場智能化航班保障水平與空管服務效率。加強智慧航空公司、智慧空管、智慧機場等的試點和示范。

利益沖突聲明

本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財務沖突。

Received date:March 24, 2023;Revised date:September 4, 2023

Corresponding author:Ma Jinghua is a senior engineer from COMAC Beijing Aircraft Technology Research Institute. Her major research field is civil aircraft product development strategy. E-mail: majinghua@comac.cc

Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Research on the ‘Dual Carbon’ Development Strategy of Aviation Manufacturing”(2022-HYZD-03)