保罗谢勒研究所PSI和苏黎世联邦理工学院的研究人员进行了计算，以找出空中交通如何在2050年前实现气候中和。他们的结论是，仅仅用可持续的合成燃料取代化石航空燃料是不够的。空中交通也必须减少。研究人员将他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
欧盟的目标是到2050年实现气候中和，这是欧洲议会在2021年设定的目标。瑞士也在追求同样的目标。航空业对全球变暖的贡献率为3.5%，预计也将贡献其应有的份额——特别是考虑到飞机的每名乘客或每公里货物的温室气体排放量是其他运输部门的两到三倍。因此，国际民航组织(ICAO)和许多航空公司宣布，他们打算到2050年将二氧化碳排放量降至零，或实现气候中和。
在一项新的研究中，PSI和苏黎世联邦理工学院的研究人员现在已经计算出这是否可以实现，以及如何实现。该研究的两位主要作者之一、PSI能源系统分析实验室的罗曼·萨基(Romain Sacchi)说:“一个重要的问题是，我们所说的零碳排放或气候中和到底是什么意思。”他的合著者、苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的维奥拉·贝卡蒂尼(Viola Becattini)补充说，如果这只是指飞机在实际空气中排放的二氧化碳，那么这还远远不够。因为假设空中交通继续像过去一样增长，计算预测，到2050年，飞机的二氧化碳排放量将只占其总气候影响的20%左右。为了使航空作为一个整体的气候中立，有必要确保不仅飞行，而且燃料的生产和整个航空基础设施对气候没有进一步的影响。
然而，该研究得出的结论是，使用目前在飞行操作中采取的气候措施，到2050年无法实现这一目标。“仅靠新发动机、气候友好型燃料和过滤大气中的二氧化碳以便将其储存在地下(碳捕获和储存，简称CCS)，我们无法实现这一目标，”联邦理工学院过程工程学教授马可·马佐蒂(Marco Mazzotti)说。“除此之外，我们还需要减少空中交通。”
Non-CO2效果起着重要作用
在他们的研究中，Sacchi和Becattini研究了各种不同的场景。这些研究表明，一方面，虽然基础设施(即制造飞机和建造和运营机场)对气候的影响确实需要考虑在内，但从总体上看，到2050年及以后，这种影响相对较小。飞行本身对气候的影响，以及生产燃料所产生的排放要大得多。这本身并不新鲜。
以前不太清楚的是所谓的非二氧化碳效应的重要性，这种效应除了二氧化碳排放之外还会发生。航空造成的大部分温室效应不是由于燃烧航空燃料释放到大气中的碳，而是由于颗粒物(烟灰)和氮氧化物也被释放出来，它们在空气中发生反应，形成甲烷和臭氧、水蒸气以及导致上层大气中形成卷云的凝结痕迹。罗曼•萨基表示:“迄今为止，许多分析和‘净零’承诺都忽略了这些因素。”“或者它们没有被正确计算。”
在计算总体平衡时，习惯上用二氧化碳当量来表示这样的排放和影响。“但迄今为止使用的方法和价值已被证明是不合适的，”Marco Mazzotti说。“因此，我们采用了更精确的方法。”他们使用的方法考虑了各种因素之间的一个主要区别:非二氧化碳效应比二氧化碳效应要短得多，这就是为什么它们也被称为“短期气候力”，简称SLCFs。虽然排放的二氧化碳中约有一半被森林和海洋吸收，但另一半仍在空气中存留数千年，以温室气体的形式扩散。另一方面，甲烷对气候的影响要大得多，但在几年内就会分解;尾迹和由此产生的云在数小时内消散。
“问题是，随着空中交通的增加，我们正在生产越来越多的slcf，所以它们正在增加，而不是迅速消失。因此，它们在更长的时间内产生了巨大的温室效应，”维奥拉·贝卡蒂尼说。这就像浴缸的排水管和水龙头都开着:只要水龙头放进去的水比排水管流出的水多，浴缸就会越来越满——直到最终溢出来。
气候友好型燃料本身并不能实现这一目标，但它会有所帮助
罗曼·萨基指出:“但这个类比也表明，关键的杠杆在我们的控制之下:空中交通量。”“通过减少飞行而不是增加飞行次数，换句话说，关闭而不是打开水龙头，我们实际上可以冷却大气，并将航空造成的温室效应推向零。”
这并不是说我们必须完全停止飞行。研究中进行的计算表明，如果我们继续使用化石燃料，为了使航空业到2050年实现气候中和，与地下二氧化碳储存一起，空中交通量将需要每年减少0.8%。到2050年，这将使其减少到目前的80%左右。如果我们设法改用基于可再生能源发电的气候友好型燃料，每年0.4%就足够了。
这项研究还仔细研究了这些新燃料。世界各地的研究人员正在努力取代传统的石油发动机。与公路运输一样，这可以通过使用电池、燃料电池或直接燃烧氢来实现。然而，可用的能量密度只够短途飞行的小型飞机使用，或者在氢燃料的情况下，也够中程飞行的中型飞机使用。然而，超过4000公里的长途飞行的大型飞机占全球空中交通量和航空温室气体排放量的大部分。
合成航空燃料有利有弊
此外，基于电力或氢的航空工业推进技术还远未准备好广泛推广。因此，所谓的可持续航空燃料(SAF)被视为航空业的最大希望。这种人造航空燃料可以或多或少地一对一地取代石油基航空燃料，而无需重新设计涡轮机和飞机。
SAF可以通过生产级联从二氧化碳和水中生产。二氧化碳通过一种被称为空气捕获的过程从空气中提取，氢可以通过电解从水中获得。参与这项研究的PSI能源系统分析实验室的克里斯蒂安·鲍尔说:“如果必要的过程完全使用可再生能源，SAF实际上是气候中性的。”“这让我们减少了对化石燃料的依赖。”SAF的另一个优点是它产生的slcf更少，这些slcf必须通过从空气中捕获等量的二氧化碳并将其储存在地下来抵消。这一点很重要，因为二氧化碳的储存能力是有限的，而且不是专门为航空业保留的。
机票贵了三倍
SAF也有一定的缺点，因为它比传统航空燃料需要更多的能量来生产。这主要是因为通过电解生产氢需要大量的电力。此外，在生产过程中的每一步——空气捕获、电解和合成——都会损失能量。使用大量的电力，反过来意味着消耗更多的资源，如水和土地。SAF也很昂贵:不仅是在所需的电力方面，而且在碳捕获和电解工厂的成本方面，这使得它比传统航空燃料贵4到7倍。
换句话说，SAF的广泛使用使碳中和航空成为可能，但它也需要更多的资源和资金。这意味着，为了实现气候目标，飞行将不得不变得比目前所需的成本更高。
罗曼·萨基(Romain Sacchi)说:“今天，任何购买机票的人都可以额外支付几欧元，通过将这笔钱投资于气候保护，使他们的航班达到碳中和。”“但这是在洗绿，因为许多抵消碳排放的措施都是无效的。为了完全抵消实际的气候影响，门票的价格必须是现在的三倍左右。”
Viola Becattini说:“如此大幅的价格上涨应该会大大减少航班需求，使我们更接近气候中和的目标。”此外，随着产量的增加，SAF的生产预计将变得更便宜、更高效，这将对碳足迹产生积极影响。这项研究考虑到了这种动态——包括用于生产SAF的电力结构正在发生变化的事实。这使该分析与大多数其他分析区别开来。
萨基说:“底线是，到2050年实现航空业气候中和没有灵丹妙药。”“我们不能像以前那样继续下去。但如果我们发展基础设施，将二氧化碳储存在地下，并快速有效地生产SAF，同时减少我们对航空旅行的需求，我们可能会成功。”