摘要：在国际环境治理日益备受关注的背景下，“绿色低碳”“可持续发展”已经越来越成为全球人类共同努力的目标。随着综合国力增强，中国在世界各方面（如疫情防控、脱贫等）均表现突出，为实现联合国千年发展目标做出了巨大贡献。

　　2050年，中国将实现全方位民航强国的战略目标，民航强国作为全面建设现代化强国的重要一环，不仅需要民航业从粗放式发展向高质量发展转型，走可持续发展道路；同时中国慢慢走向世界舞台中央，更应该承担国际责任，实现“生态航空业”发展率先引领世界，为世界航空业的碳减排出谋划策，贡献中国力量。

　　本文在国际和国内两大环境背景下，提出了实现“生态航空业”的科技创新和管理创新的众多举措。其中，科技举措方面包括大力推动航空生物柴油的使用，以减少航空煤油对碳排放的影响；大力推动新能源飞机发展，采用诸如太阳能飞机、氢能源飞机、激光驱动飞机、核能飞机等新型能源飞机，减少碳排放等；管理举措方面提出了优化国内、国际间航线网络，加强国际城市间航权合作，尽量使用有助于节省油料的国际航线；加强优化飞行程序，多利用节省油料的飞行方式，诸如飞机连续下降和连续爬升取代 “阶梯式”下降和爬升；在政策手段方面，应加强航空器准入政策，对尾气超标航空器采取禁用措施；改善机场供电模式，利用APU替代设施如地面电源等为飞机供电，防止APU烧油供电而排放污染等。

　　关键词：生态航空业、碳排放、举措、低碳绿色、国际民航、绿色飞行

　　Abstract：In the context of international environmental governance, "green and low-carbon" “sustainable development” has increasingly become the common goal of human beings around the world. As China's national strength has grown, it has performed well in all aspects of the world (such as epidemic prevention control, poverty alleviation), making great contributions to the realization of the United Nations Millennium Development Goals.

　　By 2050, China will realize the strategic goal of becoming a powerful country in civil aviation. As an important part of building a comprehensive and modernized country, China's civil aviation industry not only needs to transform from extensive development to high-quality development and take the road of sustainable development. At the same time, as China is increasingly moving to the center of the world stage in the international environment, China should take on more responsibilities, take the lead in the development of "ecological aviation", and make suggestions and contributions to the carbon emission reduction of the world's aviation industry.

　　In the context of international environment and domestic environment, this paper puts forward many measures related to scientific & technological innovation and management innovation. Among them, scientific and technological innovation includes vigorously promoting the use of aviation biodiesel to reduce the impact of aviation kerosene on carbon emissions; It also includes vigorously promoting the development of new energy aircraft, such as solar aircraft, hydrogen aircraft, laser-driven aircraft, nuclear aircraft and other new energy aircraft to reduce carbon emissions and etc.; In terms of management measures, it is proposed to optimize the route network within China and even the international countries, and cooperate with international cities in terms of navigation rights, so as to try to use the international route path that can help save fuel. In addition,  strengthening and optimizing flight procedures, and making more use of fuel-saving flight methods, such as continuous descent operation of aircraft to replace aircraft "staircase" descent; Policy means like strengthening the aircraft access policy, is a way to control the exhaust gas exceeding the ban aircraft; also, improving the power supply mode of the airport and using APU alternative facilities such as ground power supply to power the aircraft to prevent APU from burning oil thus, discharging pollution.

　　Keywords: ecological aviation, carbon emissions, initiatives, low-carbon and green，international aviation，green flight

　　一、引言

　　大气环境污染问题已成为人类面临的共同挑战。其中CO2排放是大气环境污染问题中备受关注的一项[1]。随着工业生产、人类各项经济活动加剧，造成了大量CO2排放，使得冰川融化、海平面上升、物种生存环境受到威胁。而交通碳排放一直是碳排放的一个大户。

　　（一）航空业国际环境治理背景

　　民航业作为交通运输业的重要组成部分，其与铁路、公路等交通方式有着巨大不同。民航业因涉及大量跨国客货运输，导致其碳排放的影响是世界范围的。国际民航组织（ICAO, International Civil Aviation Organization）2013年环境报告[2-3]中称：航空碳排放占到全球总碳排的2%，其年增长率也位居各行业之首，同时预测到2020年航空碳排放将占20%-41%。由此可见，为了人类生存大环境不再受到严重破坏，国际各方都需拿出切实可行的解决方案来控制航空碳排放，这是全球各方均需共同努力开展的一项重要课题。

　　为了解决这一问题，国际社会一直致力于寻找适用于全球各国的最佳方案。2015年12月12日通过的《巴黎协议》标志着世界人民对全球碳排放控制所达成的共识。这份协议要求各国减排仅为其国内的CO2排放。对于航空运输和国际航海，由于其为流动性排放污染，联合国将有关国际航空运输和航海运行的碳减排，交由国际民航组织和国际海事组织(IMO, International Maritime Organization )处理[4]。

　　2016年10月6日，国际民航组织在第39次全体成员国大会上通过了应对航空业温室气体的决议（ICAO第39号决议）[5]、拟建立一个全球航空运输业碳中和方案及减排计划，简称CORSIA（Carbon Offset and Reduction Scheme for International Aviation）策略,旨在通过对世界范围内的航空运输企业开始推行相应的节能减排运营策略，通过技术和管理实现航空运输的绿色可持续发展[6]。中国作为航空运输大国，甚至未来作为航空运输强国，在国际民航事业中将扮演着举足轻重的角色。

　　（二）航空业国内环境治理背景

　　    中国民航业一直飞速发展。根据民航局发布的民航业发展统计公报：2011-2015年，中国客机从1618（2011年）一直增至2650架（2015年），年均增速约15%[7]。但由于先期粗放式发展，缺乏精细管理，造成了极大的资源浪费——大量航空煤油的无效燃烧导致的碳排放是每一位国人要承担的环境成本。

　　   党的十九大以来，中国走入了新时代[8]，并提出了新时代的新两步走：即2020 -2035年实现现代化建设，2035-2050年实现现代化强国。在国家战略目标指导下，中国民航业也提出了新时代民航强国“一加快、两实现”的战略：即2021-2035年，实现从单一的航空运输强国向多领域的民航强国跨越；2036年-本世纪中叶，实现建成全方位的民航强国。在国内这样的大背景下，中国民航也在不断加强精细化管理，走高质量发展之路。近年来，为了落实国家三大攻坚战中的一战-污染防控，2018年9月14日，民航局发布《民航贯彻落实工作方案》[9]；2018年11月16日，民航局审议通过《关于深入推进民航绿色发展的实施意见》[10]。2020年3月3日，民航局发布《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）》，其中所提及的“绿色机场建设的未来行动指南”为达成“两实现”的第一步指导了方向。可见国内民航政策对于航空业发展的环保问题给予了高度重视。

　　    综上所述，中国民航不仅需要为应对国际航空碳减排的目标而努力，也需要为实现多方位的民航强国和建设生态文明国家而努力。无论国际还是国内民航层面，两者具有协同性。在国际国内双重背景下，笔者从科技创新和管理创新两个层面提出发展“生态航空业”的多项措施，通过将这些举措率先试行，以提高中国在世界航空碳排放制度制定的话语权。

　　二、 实现“生态航空业”的科技举措

　　（一）使用清洁能源，替代航空煤油

　　中国是全球第二大航空煤油消费国[11]。国内航企98%的燃料主要为航空煤油，其在飞行中燃烧并产生CO2、CO等各类碳物质，是碳污染的主要来源。在响应全球气候协议和国际民航碳减排计划方面，寻找产生低碳的飞机动力燃料是一种行之有效的途径。

　　早在2008年起，英国、美国、日本等发达国家就开始了利用生物燃料试飞，2011年逐步开展商业飞行。其使用的生物燃料来源包括餐饮废油、动物脂肪等。通过与航空煤油多种比例混合或者单独使用为飞机提供动力能源[12]。

　　中国在飞机生物燃料研制中也投入了很多努力，目前中国已是全球第四个拥有生物航空煤油自主研发技术的国家。中国在此领域的研究始于2009年；2012年中美航空生物燃料示范项目以地沟油为原料实现运营生产，每天可产0.5吨生物航空煤油。2013年，中国研制的生物煤油用于商业客机在上海首次试飞成功；2015年首次使用生物燃料实现成功载客飞行。2017年，海航首次使用地沟油提炼出来的航空煤油飞越太平洋，而且实践证明此类燃料可以减少30%的碳排放[13]。史洁[14]在其研究中提到：与传统的化石航油相比,生物航空煤油可实现50-80%的减排。可见生物燃料在未来作为一种新型替代燃料对碳减排是非常可观的。

　　此外，未来飞机似乎也可以像新能源汽车一样不在通过化石燃料驱动，而是利用电池或其他燃料提供动力：诸如太阳能飞机、氢能源飞机、激光驱动飞机、核能飞机等新型能源飞机也将成为未来航空业低碳发展的新趋势[15]。

　　（二）优化飞行程序设计

　　    关于优化飞行程序设计，笔者将从航空器进近的三种模式（阶梯式进近、持续进近和高角度进近）入手比较分析。

　　传统的航空器进近程序 [16]是从巡航高度阶梯式下降到地面的模式。在每个阶段，飞行员都在调整发动机推力以拉平飞行器。然而持续进近程序（CDO，Continuous Descent Operation）使飞行员以最佳怠速在较长航行距离上缓缓落地,而不是“下降,保持高度,加大马力,再下降,再保持高度，直至接触地面”，最终形成轨迹如走楼梯一样——呈阶梯状。通常的持续进近程序约在7000英尺高度以3°开始进近,使用更加平滑的下降曲线到达跑道，这样削减了阶梯步骤,也减少了燃油消耗和碳排放。

　　中国民航大学王维等人[17]在2015年的研究中指出:探索合理的飞行程序对于碳减排具有一定效果。其研究分析了采用不同下滑角进近机场的碳排放当量值。理论分析得出的结论是：对比传统的进近程序（阶梯式进近），连续下降进近程序采取高角度进近有利于碳减排。其数据显示：下降角3°和4°的二氧化碳排放量分别为563 930 40 kg/a 和 508 923 51 kg/a，即增大1°下滑角，实现了9.7%的CO2减排。虽然这项研究并没有对其他下滑角进行分析，还存在一定分析缺陷，不能充分说明高角度进近模式与碳减排的深入关系，但这一发现也不失为一种有效减排途径，为后续寻找科学的高角度进近程序提供了有利的理论依据。

　　（三）利用APU替代设施供电

　　飞机辅助动力装置（APU，Auxiliary Power Unit）是指航空器上主动力装置（发动机）之外可独立为飞机供能的小型辅助动力装置，一般安装于飞机尾部，是一种小型燃气涡轮发动机。一般飞机停放机场时，将关闭发动机，由APU为飞机提供电能和空调。APU的使用虽然使得航空器在降落后，主发动机可提早关闭，从而节省了燃油，减少了碳排放。然而APU依旧和飞机主发动机一样均是通过燃烧航空油料实现能源转变（即由油料的化学能燃烧转变为机械能再转变为电能），实现飞机照明和供气。因此在飞机停场中，使用APU也将造成CO2排放的问题，给当地机场环境造成恶劣影响。此外随着我国航空业的飞速发展，各地兴建机场，如果不对APU使用加以控制，既耗费航空燃料，又造成机场周围环境恶化。

　　统一由机场为停放飞机供电供气，避免APU使用是进一步管控碳排放的一个有效途径。目前，替代APU的措施包括：采用可移动电源车为远机位飞机供电、使用桥载供电供气设备为近机位飞机供电。但由于桥载供电供气设备一般悬挂于登机桥下，加大了登机桥负荷，对登机桥维护不利。近年来，将供电供气设备安装于机坪下面的形式逐步出现。以北京大兴国际机场为例，大兴机场76个近机位附近均铺设地井，在地井中设置了电源和空调机组可分别通过输电线和供气管道为飞机提供电力和气源[18]。此外，为了防止远机位飞机使用APU，大兴机场也立项设置了远机位静变电源为停放远机位的飞机提供电力。这些举措无疑都是减少APU碳排放的好方法。

　　三、实现“生态航空业”的管理举措

　　（一）根据航班长短配备合适机型

　　航空器碳排放来源[5]于飞机滑出（Taxi-out）、起飞 （Take off）、爬升（Climb-out）、上升（Climb）、巡航 （Cruise）、下降（Descent）、着陆进近（Approach）、进场（Landing）和滑入（Taxi-in）共9个阶段（图1）[19]。哈佛大学2005年的一项研究 [20]将上述9个阶段划分为起降过程（LTO, Landing and Take off）和巡航过程 (CCD, Climb Cruise Descent)，且发现LTO和CCD两过程中的碳排放存在明显差异。

　　图1 航空器碳排放的9个阶段示意图

　　以欧洲环境署（EEA，European Environment Agency）《2009年大气污染排放清单指南》[20]中列举的B737-400机型耗油为例来侧面反映碳排放（表1）。从表1[22]可知，短途航班以LTO阶段排放居多，而长途航班CCD阶段排放更多。因为在短途航行中，巡航距离较短，飞机碳排放主要集中于起飞阶段耗费大量燃油来加大发动机推力，产生升力平衡自身重量，降落阶段反之亦然。但在长途航班中，随着飞行距离增加，起飞降落阶段的耗油将随着航程增加而平摊其中，燃油量是随着飞行距离增加而增加的，所以在长途飞行中，CCD阶段的碳排放将占据主要份额。

　　表1 B737-400特定飞行距离的燃油消耗量（kg）[22]

距离（n mile）

125

250

500

750

1000

耗

油

量

合计

1603

2268

3612

4960

6302

LTO

825(恒定)

825(恒定)

825(恒定)

825(恒定)

825(恒定)

滑出

183(恒定)

183(恒定)

183(恒定)

183(恒定)

183(恒定)

起飞

86(恒定)

86(恒定)

86(恒定)

86(恒定)

86(恒定)

爬升

225(恒定)

225(恒定)

225(恒定)

225(恒定)

225(恒定)

CCD

777

1442

2787

4134

5477

着陆进场

147(恒定)

147(恒定)

147(恒定)

147(恒定)

147(恒定)

滑入

183(恒定)

183(恒定)

183(恒定)

183(恒定)

183(恒定)

　　欧洲环境署 [21]提出的计算LTO阶段碳排放公式显示：影响碳排放多少的因子有飞机机型、发动机型号。由此推断，对于不同航线长度的飞行，一方面建议航企应建立飞行距离与油耗、碳排放的数据库，以便分析并选择航线长短所适配的机型。这样不仅节省航空公司油费支出，同时也实现了环境潜在效益，减少社会承担污染的外部成本。

　　（二）优化国内国际航线网络结构

　　关于优化国内国际航线网络结构，笔者将从第三部分（一）的基础上，利用表1中耗油量与飞行距离做比值，来分析单位距离耗油量与飞行距离的关系（表2），以对优化航线网提出观点。

　　表2 B737-400不同飞行距离下的单位距离耗费油量

飞行距离 n mile

125

250

500

750

1000

耗油量 kg

1603

2268

3612

4960

6302

单位距离耗油量Kg/n mile

12.8

9.07

7.22

6.61

6.30

边际Kg/n mile

3.73

1.85

0.61

0.31

　　从表2可知，机型不变的情况下（B737-400），在一定长度距离范围内（从125-1000 n mile），单位距离耗油量随着飞行距离增加而减少（从125 nmile飞行距离下的单位距离耗油量12.8 kg/nmile 减少至1000 n mile飞行距离的6.30 kg/nmile）。可见，单位距离耗油量消减高达50%，这进一步证实了长距离飞行对于单位距离油料节省与减排的明显效用。

　　通过边际分析（表2 第四行）可知，在跨域一定飞行距离（如从125-500n mile范围内），长途飞行对于油料节约的效果是非常显著的，但随着飞行距离加长（750-1000 n mile），这种节约效用呈现出较慢的效用。

　　综上所述，关于优化国内国际航线网络结构的建议，笔者认为国内层面：（1）应取消一些国内短途飞行航班（CCD段较短），如北京飞沈阳的航班（刚刚起飞不久，巡航距离非常短，就要马上降落）；（2）保留甚至尽量编排长途飞行航班，有助于节省油耗而最终减少碳排放；国际层面：（3）应加强航权沟通，将环境经济性考虑在内，尽量避免国际绕飞，尽可能以最短距离实现空中飞行，建立有助于国际碳减排的航线网络，以减少碳排放对全球大气环境的影响[6, 23]。

　　（三）优化航空器在机场的滑行时间与路线

　　通过上述对航空器碳排放的9个阶段介绍，可知飞机在机场的滑进和滑出同样是不可忽视的碳排放来源，而且滑行阶段的节油是多数飞行员比较容易忽视的部分。厦门航空公司杨尚明在《如何在飞行运行中节约燃油》[24]的研究中提出了众多举措：

　　第一，根据起飞时间合理安排推出时机。有些机场在实施飞机推出的时间过早，导致飞机在跑道等待时间过长，在地面滑行阶段无疑加大了无效率的油耗并释放了过多的CO2于当地机场；据此，建议在飞机推出环节，需要加深管制员的环保意识。

　　第二，滑行时合理使用油门。地面滑行的耗油为每单位时间的燃油量与滑行总时间的乘积，那么每单位时间的燃油量越小，总耗油则越小。若跑道端头有飞机等待起飞，飞行员加大油门追速并无意义，缓慢加速控制油门不仅可提高旅客舒适度，同时也有利于碳减排。

　　以上均是从滑行时间减少的角度来分析的。笔者基于作者的一些分析，提出优化滑行路线，控制飞机地面滑行距离的举措。此外，过于弯曲的滑行路线，使得需要控制好油门减速再加速，也将导致油耗增大而加剧碳排放。

　　（四）实施航空器淘汰准入机制

　　    对于哪些航空器可以投入市场使用的问题，也需要市场逐步将环保因素考量在内，制定严格的飞机尾气排放标准，对于超标排放的航空器实行市场淘汰机制，不准投入市场运行使用。正如控制不节能汽车与不节能设施设备一样，建立逐步淘汰政策，是促进飞机制造业充分考虑通过技术变革，并加强飞机尾气处理的一种制度激励。

　　此外，机场对航企的入场准入，也应逐步将航空器使用是否符合环境效益考虑在内。机场应联合航企，研究制定航空器在机场准入的政策和相关标准[25]。这种标准，一方面是设定多维度指标，对航企航空器性能进行测试，以便淘汰耗油高排放的航空器，也可以结合APU替代设施使用考核，制定“一揽子”控制航空器排放的其他各种考核指标，并对航企环保绩效进行评价，控制好航空器特定时间内碳排放总量。对于碳排放总量超标或者性能不适的航空器，机场应禁止航空公司使用。在这方面也需要加大机场的话语权，起到对于航企有效监督的作用。当然，此政策的实行也离不开政府层面的支持，创建平台，加强制度方面的建设。

　　（五）实施碳交易，构建航空业碳市场

　　航企作为航空业碳排放的大户，实施碳交易和构建碳市场机制，是逐步提高航企环保意识的重要途径。在引言中提出的CORSIA计划是ICAO为实现全球航空碳排放目标而设定的。这个计划虽然不利于诸如中国这样航空业蓬勃发展的发展中国家，但ICAO这份第一个全球范围内控制航空碳减排的机制，中国作为成员也需在谋求经济发展中兼顾与环境效益、国际责任的多维关系。

　　CORSIA计划分三个阶段实施：试验期（2021-2023年）和第一阶段（2024-2026年），各国自愿选择是否加入减排计划；但第二阶段（2027-2035年）则要求各国强制加入。由此可见，在国际市场机制下，中国在国际背景下是要承担作为ICAO成员责任的，而首先在国内开展好国内航空碳市场的构建，将为未来对接世界碳市场体系具有先行先试作用。

　　四、结论

　　通过分析国际环境给予中国航空业环保治理的压力和国内高质量发展不得不走生态建设道路的双重背景，笔者从科技和管理两个层面共提出了8点措施，以应对国际国内航空业未来发展。

　　在科技方面，应该加大诸如生物燃料的使用，逐步替代航空煤油；优化飞行程序设计，探索有利于节能减排的飞行策略；提高机场电源使用，避免APU使用等。

　　在管理方面，应根据航班长短适配合理机型；优化国内国际航线网络，避免无效油耗飞行；优化机场滑行路径与时间；建立航空器淘汰准入机制，加大机场话语权，对航企碳排放进行考核；对接ICAO碳减排市场机制，加速构建中国航空碳排放市场等。（作者：闫法威）

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