一、發布背景和研究方法

2022年10月，國際民航組織第41屆大會通過了“至2050年實現凈零碳排放”目標。但航空業實現脫碳更依賴政府和航空業共同努力，不能僅依賴于運營商，因為運營商通常不生產燃料、飛機，也不提供空中交通管理，可能也沒有機場所有權和運營權。盡管國外經過數年研究，基本確定了提高飛機效率、采用可持續航空燃料以及氫能和電能推進、提升運營效率、碳捕獲等可行脫碳路徑，但缺乏詳細技術路線和可行的時間表。鑒此，國際航協研究提出具有廣泛共識的全方位路線圖，以提供關鍵細節指導。

國際航協主要采用三種方法研究制定系列路線圖：

①對關鍵脫碳路徑歸為減少飛行中能耗、改變能源形式和碳排放再捕獲三類

②從多個維度研究。從飛機技術、基礎設施、運營、金融和政策五個維度按三類路徑研究脫碳舉措，其中政策、金融路線圖涵蓋全部路徑，飛機技術路線圖涵蓋前兩類，基礎設施路線圖涵蓋后兩類，運營僅涵蓋第一類

③采用建模工具開展場景研究。利用英國倫敦大學航空運輸系統實驗室的航空綜合模型（AIM）建立十種場景，計算每種技術可能的碳減排量，并提交來自美國航空航天局、英國航空技術研究院、德國宇航中心、空客、波音、通用電氣、克蘭菲爾德大學等17家機構的專家評審

此外，國際航協在研究過程中也充分利用了國際航空運輸小組《航路點2050》、英國航空技術研究院《2050英國航空零碳排放技術戰略》等以往研究成果。

通過不同的行動杠桿在 2050 年減少航空二氧化碳排放量（實線表示中心情況，黑線表示根據模擬情景實現的最大和最小減排量）

二、主要內容

• 飛機技術路線圖

該路線圖給出了4類關鍵技術的預期進展：

①氣動布局方面，認為翼身融合體（BWB）和跨聲速桁架支撐翼（TTBW）是減排必經之路，其中后者氣動效率比同代傳統布局飛機高10%以上，若現役窄體機全部采用該布局可減少0.15億噸碳排放

②發動機方面，認為到2030年，發動機涵道比將從現在的約10提升至12以上，并采用齒輪渦扇傳動；核心機壓比將從現在的40提高到50～60；新型燃燒室可減少氮氧化物并支持可持續航空燃料；開式轉子等革命性推進系統將燃料效率提升5%～10%，屆時可完成試飛

③結構和氣動方面，認為機翼展弦比將從現在的8～10提高到11～12并采用邊界層流動控制技術；將通過復合材料進一步減重（尤其是窄體機）；增材制造和結構健康管理可使零件更輕更小，并采用更多一體成型結構減少裝配，可能構建具備燃料存儲、傳熱功能或射頻天線的多功能結構

④機載系統方面，認為將采用更多電動系統取代液壓系統，并將上述多功能結構與機載系統集成

該路線圖預測：盡管現在部分公司已在支線客機上應用氫推進方面取得進展，且氫渦輪試飛預計可在2035年前完成，但2040年前氫能對航空業影響很有限，到2060－2070年氫能飛機數量才比較可觀。為加快氫動力應用，必須開發一系列目前不存在或無法用于大型客機的技術，例如：熱管理系統處理高溫燃料電池的熱量；兆瓦級超高效電動機和配電系統；高功率密度高溫燃料電池（功率密度超10千瓦／千克，為航空業獨特的需求）；液態氫儲罐（重量效率在近期僅為50%，2040年后可達70%）；低氮氧化物燃燒技術；干式機翼。

飛機技術路線圖

• 基礎設施路線圖

該路線圖聚焦保證可持續航空燃料、氫能等新能源基礎設施滿足航空業能源更換的需求，給出了3類關鍵技術的預期進展：

①可持續航空燃料／氫生產設施方面，若要求可持續航空燃料在2050年占航空燃料使用比例的80%～90%、使碳排放減少62%，就需5000～7000個生物煉油廠和大量氫氣來生產；按此，2050年航空業需近1億噸氫氣（其中8600萬～9600萬噸用于生產可持續航空燃料），這相當于2023年全球氫氣生產量

②機場氫燃料存儲與分配設施方面，預計400萬～1400萬噸氫氣用于直接供氫動力飛機作為燃料，需在機場有額外基礎設施用于氫氣存儲與分配，并采用新的地面支持設備和地面運維規程

③碳捕獲基礎設施方面，提出到2050年從大氣中收集共7億噸二氧化碳，并將其中大部分作為可持續航空燃料的生產原料

基礎設施路線圖

• 運營路線圖

該路線圖提出各國政府應將空中交通管理系統作為國家基礎設施的關鍵部分，并在可持續民用航空總體戰略中優先考慮。通過空域運營實現減排的前提條件是航司、機場和空中導航服務機構的投資計劃保持一致。該路線圖認為，當前空中交通管理系統效率較低，導致了不必要的燃料消耗和碳排放，但可在短期內通過如下措施取得成效：

①利用區域性項目為制定全球標準提供參考和樣板，并突出效益和成本

②以環境和性能為基準來衡量進展，并將基于軌跡運營的最佳實施方案作為范例

③各區域組成聯合體，確保在運營規劃和實施階段就考慮空域需求

運營路線圖

• 金融路線圖

該路線圖提出，實現2050年航空業凈零排放所需投資高達5.3萬億美元，年均投資額近1800億美元。該路線圖認為，在由投資者承擔風險的項目早期階段，由政府或公共財政提供支持來降低風險是必要的，該額度或占總額的1/3；一旦技術足夠成熟并展示出商業前景，在有政策支持的前提下，私人資本將會介入并承擔剩余三分之二投資額，大多數私人資本將在2035年后進入。政府支持在以下方面尤為必要：

①繼續發展推進技術

②讓所有類型的金融機構（國際級到地方級、政府的和私人的）都參與其中

③解決投資分配的地區差異

• 政策路線圖

該路線圖認為，航空業不可能僅靠自身實現凈零排放，監管機構和政策制定者的支持是絕對必要的，且很大程度上決定了2050年能否達成既定目標。該路線圖提出，政策制定者需立即行動，給出明晰、全方位、可預測的政策框架，才能使利益相關者有信心為革命性碳減排技術的發展提供足額投資，確保相關技術快速推向市場。該路線圖認為，當前還處于向零碳航空過渡的早期階段，必要的政策框架仍不完備，且不同司法管轄區尚未協調。這些政策支持中的大部分需在2030年前落地，以批準多種新技術、認證多種新燃料并創造新的市場。在這段時期，政策需以扶持和保護的原則、創建公平競爭環境的理念進行引導，還需因地制宜，成熟的經濟體需對新興市場提供相應支持。

政策路線圖

• 研究結論

總體來看，國際航協認為可持續航空燃料是減碳主力，但不確定性最大；技術改進、新動力形式與運營改善減排比例有限：

①可持續航空燃料方面，到2050年，它可減少的碳排放總量最高，為11.5億噸，占碳排放總量（約19億噸）的60.5%；但其不確定性最大，根據國際民航組織提供的3種應用場景，其碳減排最低值為18%、最大值為78%

②飛機增效方面，可減少1.25億～1.40億噸碳排放，最高約占總量的7.4%，具體數值取決于相關技術轉化和應用的時間

③氫能和電動飛機方面，可減少0.35億～1.25億噸碳排放，最高約占總量的6.6%

④運營改善方面，改善幅度約占總量的3%～4%左右，但獨立于其他所有手段并且可以立刻見效。此外，仍有約20%碳排放無法避免，還需通過碳捕獲及基于市場的調節以實現航空業凈零碳排放目標；且即使可持續航空燃料完全取代化石燃料，在其加工、運輸等全生命周期中也會產生殘余碳排放，必須用碳捕獲來實現凈零排放

三、啟示建議 

一是建立定量評估模型，制定民用航空“雙碳”路線圖。參考美歐及國際組織相關研究中采用的評估模型，結合我國航空運輸實際情況，組織專業力量開展研究，綜合考慮飛機技術、運營管理、可持續航空燃料應用、政策等因素，建立碳減排舉措用于我國民用航空業的碳減排定量評估模型，綜合評估單項及多項舉措應用時減排效益、經濟性、負面影響等，制定詳細、可靠的民用航空“雙碳”路線圖，指導相關技術和產業高效發展。

二是不斷夯實技術儲備，穩定支持綠色航空相關技術群攻關。翼身融合體、可持續航空燃料、氫能和電推進等已被反復識別為綠色航空關鍵技術，且美英和歐洲航空強國已開展多項研究、取得顯著成果，正為其未來設立新市場門檻、將技術優勢轉為產業壟斷奠定基礎。我國應針對民用航空“雙碳”路線圖中所識別的關鍵技術群，持續穩定投資支持技術攻關，強化技術驗證，不斷夯實我國綠色航空技術儲備，為保證后續民機產品的競爭力提供有力技術保障。

三是創新投融資方式，以政府投資牽引社會資本，并形成合力。應借鑒美英和歐洲航空強國做法，前期由政府投資開發綠色航空技術，在達到合適成熟度（如完成地面演示驗證）后開放吸引、審慎選擇社會資本進入，通過社會資本加速后續研發、試驗、生產和上市，加速技術成果轉化。