欧盟将要求监测非二氧化碳排放，计划2027年扩展至欧洲经济区航班

解决航空业非二氧化碳排放的挑战正受到越来越多的关注，与天空中迹象相关的气候影响也受到越来越多的研究。

具有讽刺意味的是，航空业对环境影响最明显的一部分，却是最难确定其确切性质以及减轻其对气候影响所需采取的行动的一部分。

凝结尾迹是航空业产生的非二氧化碳 (CO2) 环境影响中最大的组成部分，与氮氧化物、硫氧化物和烟尘颗粒并列。

尽管凝结尾迹通常可以用肉眼看到，但其形成背后的科学原理以及对环境的影响却远非那么清楚。

毕马威会计师事务所 (KPMG) 在一份关于航空业非二氧化碳影响的广泛报告中写道：“凝结尾迹的形成、持续以及向卷云的扩散存在很大的不确定性。”这份报告由英国交通部委托，与克兰菲尔德大学和 SATAVIA（现为通用电气航空航天公司旗下的航空碳解决方案部门）联合制作。

它补充道：“飞机尾气的具体成分、大气湿度和环境温度等因素在尾迹形成过程中起着至关重要的作用。”

当飞机穿越冰超饱和区（ISSR）时，发动机喷出的水滴会冻结，从而形成凝结尾迹。据估计，大约每20次飞行中就有一次会产生持续性凝结尾迹，这种凝结尾迹可持续数小时。

持续的凝结尾迹可能会发展成卷云，对地球产生变暖或冷却效应——要么将热空气困在云层中，要么反射阳光。虽然人们普遍认为凝结尾迹会产生净变暖效应，尤其是在没有阳光反射热量的夜间，但对于凝结尾迹的确切影响以及应该在何时考虑这一影响，人们却难以达成一致。

科学图景

伦敦帝国理工学院交通与环境教授马克·斯特特勒 (Mark Stettler) 在 6 月份皇家航空学会 (RAeS) 可持续发展会议期间关于飞机凝结尾迹问题的小组辩论中表示，尽管存在不确定性，但科学界对此有一个清晰的认识。

“凝结尾迹造成的总体影响确实存在持续的不确定性，”他说，“但同样，不确定性——即使取其最低点——仍然是航空业气候影响的重要组成部分。”

“这个机会意义重大，”他补充道。“如果我们能够避免形成凝结尾迹，那么我们不仅能消除很大一部分航空业对气候的影响，还能消除很大一部分人类活动对地球气候的影响。”

虽然二氧化碳效应具有累积影响，但由于凝结尾迹的寿命较短，如果能够避免，其变暖效应就会被消除。

欧盟的目标是到 2050 年实现净零碳排放，同时还规定使用可持续航空燃料 (SAF)，但迄今为止，针对非二氧化碳排放的监管有限。

然而，自今年年初以来，欧盟排放交易体系 (ETS) 新增了一项要求航空公司报告其非二氧化碳排放量的规定。该规定最初要求所有在欧洲经济区 (EEA) 以及瑞士和英国境内的航班，航空公司必须根据“监测、报告和核实”计划提供这些数据。

从 2027 年起，该数据将扩展至从欧洲经济区飞往第三国的航班，不过在此之前，航空公司可以自愿提供该数据。

鉴于欧盟推动环境立法的记录以及欧洲的尾迹形成水平相对较高，欧洲监管机构关注非二氧化碳排放并不令人意外。

然而，航空公司机构指出，在未进一步了解问题的情况下进行监管存在风险。

国际航协在一份立场文件中表示，将非二氧化碳排放条款纳入欧盟排放交易体系或其他类似计划“为时过早”。该机构认为，在缺乏“精确测量和商业化解决方案”的情况下，这样做可能会造成市场扭曲，增加运营复杂性，降低连通性，并产生与气候相关的负面权衡。

更深入的理解

国际航空运输协会一直呼吁采取“紧急行动”，加深对凝结尾迹及其影响的了解，并正在与各利益相关方合作，研究如何监测和报告非二氧化碳排放。

分析中的一个动态部分是了解飞机和发动机技术的改进以及转向 SAF 等不同燃料类型对非二氧化碳排放意味着什么。

业界合作伙伴已携手开展多个项目，其中包括旨在更好地了解SAF对凝结尾迹形成影响的研究。这些项目包括波音公司将于2023年底为联合航空进行的第二架Explorer Ecodemonstrator飞机（一架737 Max 10），以及分别在空客窄体飞机和A350飞机上进行的ECLIF3和VOLCAN飞行测试项目。

空客表示，有迹象表明，使用SAF可减少高达25%的冰晶形成，但还需要更多研究。目前，该公司已与发动机制造商劳斯莱斯、德国航空航天研究中心DLR、SAF专家Neste以及多所大学合作开展欧盟资助的PACIFIC项目。该项目将进一步研究燃料和发动机循环对非二氧化碳排放的影响。

这家飞机制造商长期以来一直是氢动力的倡导者，他们已经使用一架氢动力改装滑翔机来研究这些推进系统产生的尾迹。他们希望今年能汇报空客UpNext“蓝色秃鹰”项目的数据。

其他近期的凝结尾迹研究项目包括GE AEROSPACE，该公司曾是波音Ecodemonstrator项目以及空客ECLIF和VOLCAN项目的合作伙伴。去年11月，该公司与美国国家航空航天局（NASA）和德国宇航中心（DLR）合作开展凝结尾迹光学深度实验（CODEX）项目。这些飞行涉及NASA的湾流III研究飞机尾随通用电气的747飞行试验台，并使用激光雷达传感器扫描其尾迹。

GE AEROSPACE,表示：“团队能够使用不同距离的激光雷达收集所有四台 CF6 发动机尾迹的 3D 图像，以及周围大气条件的数据，以协助校准预测模型。”

“更详细的激光雷达成像有助于更好地理解凝结尾迹的形成和随时间的变化。此外，光学深度可以用来估算其净变暖效应，”报告指出。“结合机载传感器和无线电波收集的详细大气数据，凝结尾迹预测模型的准确性将得到提高。”

GE 补充说，CODEX 的经验正在应用于其 RISE 计划中的新燃烧和发动机技术，以减少非二氧化碳排放。

目前，人们也在进行有关避免尾迹的研究和试验，特别是通过改变飞行高度。

欧洲空中航行安全组织的马斯特里赫特高空管制中心 (MUAC) 负责管理比利时、卢森堡、荷兰和德国西北部的高空空域，该中心于 2021 年首次开展大规模的尾迹缓解运行试验，并与德国航空航天中心合作，在夜间对所有 MUAC 空域进行试验。

这项研究的结论是，可以通过采取调整飞机飞行高度等实际措施来防止飞机凝结尾迹的产生，并强调需要在加强天气预报和更加自动化的决策过程等领域进行进一步研究。

此后，MUAC 进行了首次大规模实时尾迹预防模拟，比较了两种操作概念：航空公司通过在尾迹区域周围制定飞行计划来缓解尾迹影响；以及空中交通管制员进行战术垂直清理。

“虽然两种方案都有可能，但首选方案是预先规划的尾迹规避措施。如果要在交通高峰期进行尾迹规避，则需要额外的运力，”MUAC 表示。

它还开发了一套地面摄像系统来监测与凝结尾迹发展有关的天气预报的有效性，并与谷歌合作，利用卫星图像和人工智能来预测可能出现凝结尾迹的区域。

MUAC 表示：“这些信息将作为作战飞行试验的一部分使用，使我们能够在 2025 年夏季和秋季为夜间缓解尾迹提供战术许可。”

MUAC 的部分工作是 CICONIA 项目的一部分，该项目是一项为期三年的 SESAR 联合项目，旨在减轻航空业非二氧化碳排放的影响。该项目涉及范围广泛，共有 15 家公司参与，包括空客、波音、法航、瑞士国际航空和英国空中交通管理机构 NATS。

“我们正在进行一系列验证工作。我们开始看到一些非常好的成果，”NATS的SESAR环境负责人Sian Andrews在RAeS可持续发展会议上表示。

缓解机会

减少凝结尾迹的初始机会大多集中在较为平静的时段，因为此时调整的空间更大。尤其需要关注夜间航班，因为夜间飞行活动较为平静，而且由于夜间没有反射冷却效应，因此夜间减少凝结尾迹也更有利于创造更大的环境机遇。

“我们在 CICONIA 内部制定运营概念时，正在考虑的是第一步，即当情况稍微好一些，当交通密度稍微低一些时，我们能做什么？我们认为我们可以做很多事情，可以取得一些显著的成果，而且我们正在不断完善这一概念。”安德鲁斯说。

当交通更加繁忙时，如何应对的问题仍在继续研究，而安德鲁斯则特别指出，解决北大西洋上空的凝结尾迹问题具有更广泛的重要性。

她说：“北大西洋非常需要采取尾迹缓解措施，部分原因是该地区极易受到国际空间反导系统 (ISSR) 的影响，而且飞越北大西洋的交通流量（尤其是在夜间）相当大。”

法国航空公司阿米莉亚 (Amelia) 去年一直在与泰雷兹公司和突破能源尾迹公司合作研究如何避免尾迹，并已取得了显著的环境效益。

泰雷兹航空电子部门绿色运营主管朱利安·洛佩兹 (Julien Lopez) 解释说：“仅仅关注阿米莉亚号的部分航班几个月，我们就通过避免产生尾迹节省了数百吨当量的二氧化碳。”

自2022年以来，阿米莉亚航空一直与泰雷兹合作，首先评估其更广泛的环境影响，并自去年夏天起致力于避免尾迹。在初步验证了尾迹缓解措施可有效应用于阿米莉亚航空往返于巴黎和西班牙北部巴利亚多利德的定期航班后，泰雷兹随后实现了该流程的自动化，阿米莉亚航空自今年2月起已在其所有航班上逐步部署该措施。

“现在，除了我们提出的每个飞行计划优化仍需要手动调度之外，其他一切都是全自动的，”洛佩兹解释道。

截至5月中旬，在接受评估的约1700架次阿米莉亚航班中，约有50架已实施了避免尾迹措施。这与造成持续性尾迹的航班数量的更广泛数据一致。

洛佩兹指出：“凝结尾迹是由极小一部分航班产生的，因此你只需修改一小部分航班，就能对凝结尾迹以及航空业对整个气候的影响产生非常重大的影响。”

明显的好处

改变飞行计划的挑战之一是新航线带来的额外燃油，以及由此产生的二氧化碳排放。“通常情况下，根据我们采取的所有减排措施，额外的燃油消耗量不到1%，”他说道。“因此，我们节省了约700吨二氧化碳当量，但只产生了0.3吨额外的二氧化碳。”

验证工作在飞行后进行，因为模型会使用实际天气数据而非预报数据重新运行。“由于预报数据精度不足，我们平均损失了约10%的收益，”洛佩兹解释说。“但考虑到我们能获得的收益，这仍然是非常稳定的。”

他说：“显然，下一步是从单一航空公司的逐个航班管理模式转变为空中交通管理和航空公司协调的空域管理模式。”

泰雷兹参与的另一个 SESAR 联合项目 CONCERTO 可以发挥重要作用。该项目覆盖北欧九个国家，涉及 23 个合作伙伴，旨在开发减少二氧化碳排放的解决方案，并将非二氧化碳影响管理引入日常运营。

洛佩兹表示，CONCERTO 基于大规模模拟，验证了一个操作概念，使在空域层面规避尾迹成为可能。“我们已经证明，只需改变一小部分航班的航线，就能产生非常显著的影响。这非常有前景，”洛佩兹说道，并指出结果将很快发布。

尽管仍存在各种不确定性，但业内的这些活动足以鼓励那些寻求对航空业非二氧化碳影响采取行动的人，这种势头正在增强。

英国非政府组织航空环境联合会主任蒂姆·约翰逊在三月底空客峰会的小组辩论中表示：“我们已经谈论这个问题很长时间了。”

这次感觉不一样。感觉这股势头不仅在欧洲，似乎还蔓延到了全球。人们的兴趣已经蔓延到了国际民航组织。我认为，这一次我们不会走回头路，因为我们已经激起了公众的兴趣，并进行了这些行动响应和试验。