專題報導

    用電動飛機達減碳訴求? 國際航空業電力化的進展與挑戰

    共同企劃/低碳生活部落格、環境資訊中心;文/鄭羽哲(台達基金會低碳生活部落格寫手)

    聯合國各會員國所簽訂的《巴黎協定》在2016年生效,簽署協定的多數國家都表明要對溫室氣體的減量貢獻一定的額度——不過,來往於國與國之間的國際空運與海運,卻沒有被列入在控制溫室氣體的協定中。國際民航組織同年10月通過了「國際航空業碳抵換及減量計畫」(CORSIA),主要目標在於減少國際線航班的排碳量、降低航空業對於氣候變遷的影響。
    國際民航組織在2016年10月通過了「國際航空業碳抵換及減量計畫」,目標在於減少國際線航班的排碳量、降低航空業對於氣候變遷的影響。攝影:鄭羽哲
    國際民航組織在2016年10月通過了「國際航空業碳抵換及減量計畫」,目標在於減少國際線航班的排碳量、降低航空業對於氣候變遷的影響。攝影:鄭羽哲

    聯合國各會員國所簽訂的《巴黎協定》在2016年生效,簽署協定的多數國家都表明要對溫室氣體的減量貢獻一定的額度——不過,來往於國與國之間的國際空運與海運,卻沒有被列入在控制溫室氣體的協定中。

    同為聯合國體系的國際民航組織(International Civil Aviation Organization,簡稱ICAO),就在同年10月通過了「國際航空業碳抵換及減量計畫」(CORSIA),目標在於減少國際線航班的排碳量、降低航空業對於氣候變遷的影響,目前台灣國籍也有中華航空、華信航空在內的六家國際線航空公司[1]加入這項計畫。

    「國際航空業碳抵換及減量計畫」(CORSIA)
    「國際航空業碳抵換及減量計畫」(CORSIA)制定減碳藍圖:2020年「淨零排放成長」(carbon neutral growth);2020年前,每年提升1.5%用油效率;2050年排碳量,較2005年降低50%。CORSIA要求國際航空業者,自2019年1月1日起至2035年期間,每年進行國際航線碳排放之監測、報告與查證作業(Monitoring, Reporting and Verification, 簡稱MRV)。並且每年依參與CORSIA之國家計算碳抵換責任,每三年於碳市場購買及註銷合格之碳權額度(Emission Unit)。
    中華航空、華信航空在內的六家台灣籍航空公司也加入「國際航空業碳抵換及減量計畫」。圖片來源:Jirka Matousek/Flickr(CC BY 2.0)

    航空業對於大氣暖化的影響多過於實際的排放量

    究竟,航空業在國際航線上的減碳作為為何,及其重要性在哪裡?

    根據調查,全球航空業(包含國內航線與國際航線)的碳排放量,大約是全球排碳總量的2.5%;進一步看總溫室氣體排放,航空業更僅有1.9%。然而,有學者發現,航空業整體對於大氣暖化的影響程度,恐怕不是只有2.5%,而是3.5%。

    為何航空業對於氣候暖化的影響,遠遠高過於它所貢獻的實際排碳?

    原因在於高空廢氣排放、飛機在高空的能源使用方式,也會影響其他氣體與污染物的濃度。舉例來說,儘管高空巡航飛機的廢氣,會讓臭氧(O3)短期增加、長期減少,也會讓甲烷(CH4)減少;但因為廢氣還帶有硫化物的排放,以及在高空中因為燃油水氣而產生的凝結尾(contrail),都會對於大氣暖化產生不同的增減效應。但整體來說,航空業加劇暖化的程度,會比單純計算排放量來得略高一些。

    飛機在高空排放廢氣、在高空大量穿越氣層,會影響其他氣體與污染物的濃度。圖片來源:~ kyu/Flickr(CC BY-ND 2.0)
    飛機在高空排放廢氣、在高空大量穿越氣層,會影響其他氣體與污染物的濃度。圖片來源:~ kyu/Flickr(CC BY-ND 2.0)

    航空業的減碳措施:電力化

    根據Our World in Data的資料彙整,全球民用航空的單位碳排量其實已經非常顯著地降低。依據數據推估,2018年每一位旅客、移動1公里,大約會排放0.125公斤的二氧化碳,這個數值大約是1950年平均碳排量的5%、大約是1960年平均碳排量的9%。以每人每公里0.125公斤的碳排量為比較基準,當市區公車每公里載客數少於十人時,每人每公里的排碳量還會高於這個數值。

    而相對於1950~1960年代「更經濟」的碳排量,並不影響航空業對節能減碳採取行動。目前航空業在區域的航線中,已經開始思考「電動飛機」的可行性。尤其是在無人機活動以及電動化車輛日益普及的今日,各大航空製造商已經在思考要把螺旋槳飛機的動力,從現有的內燃機改為電力馬達。

    螺旋槳航機目前已開始朝電動化發展。攝影:鄭羽哲
    螺旋槳航機目前已開始朝電動化發展。攝影:鄭羽哲

    因為內燃機需要燃燒空氣,因此隨著高度越高、空氣越稀薄,內燃機的燃燒效率也會越來越差;此外,螺旋槳飛機的動力來源也跟空氣密度有關,所以如果改用馬達,就不會因為飛行的高度增加,而導致發動機效率減少。因此,對於航空業來說,把螺旋槳飛機的動力改為電力馬達,優點並不只在於減碳效益,同時也能更加節省能源。

    另外,馬達相較於內燃機而言,可以減少複雜的齒輪組結構,讓飛機可以大幅度減輕重量、節省維修成本,提高飛航服務的可靠度。一旦飛機可以減輕重量,代表它可以用更小的動力就能完成任務,進而達成節能的效益。

    航空業減碳仍有挑戰待克服

    目前的飛機多數都採用鋰電池進行儲能,其中,無人機已經大量使用鋰電池做為儲能裝置。但比飛機走得更前面的,是機場的地勤設施。驅動地勤設施電動化的誘因,不只在於減碳本身,更是由於機場有許多地下化的環境,電力動力可以大幅度減少設施所排放的廢氣,能大幅改善作業人員的工作環境。

    目前使用柴油為動力的地勤裝備,已逐步有電動化的產品。攝影:鄭羽哲
    目前使用柴油為動力的地勤裝備,已逐步有電動化的產品。攝影:鄭羽哲

    然而,航空業的減碳措施,仍有許多尚待克服的挑戰。

    光是鋰電池本身,對航空運輸來說就是一項危險物品。鋰電池起火時的高溫特性,不僅會導致航機結構容易遭到高溫損害,也會導致搶救困難(如今已有部分國家主張禁止電動車輛在地下室操作,以免鋰電池火災導致建築物結構受損)。而要搶救鋰電池造成的火災也有其難度,原則上僅能使用大量的水,且撲滅的鋰電池需持續觀察,以降低復燃的風險

    在現有的動力來源被其他能源大幅度取代之前,航空業仍持續在進行更節能的各項改善措施,例如飛機使用較輕的複合材料,或者是提升發動機的燃油效率以減少燃油損耗⋯⋯。為了符合減碳需求,航空業也開始研究混合其他燃料的可行性,希望藉此能進一步減少排放量。

    目前看來,雖然許多措施都還在實驗階段,但有了起步,總有一天,人類一定會找到更節能、更低污染的空中移動方式。

    註釋

    [1]中華航空(China Airlines)、華信航空(Mandarin Airlines)、台灣虎航(Tigerair Taiwan)、長榮航空(EVA Airways Corporation)、立榮航空(UNI Airways)、星宇航空(STARLUX Airlines)。

    參考資料

    ※本文為低碳生活部落格與環境資訊中心共同刊登之〈用電動飛機達減碳訴求?國際航空業電力化的進展與挑戰

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