用電動飛機達減碳訴求？ 國際航空業電力化的進展與挑戰

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。

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。

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。

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。

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

• Global Carbon Project（2019年），Supplemental data of Global Carbon Budget 2019 (Version 1.0). 
• Lee, D. S., Fahey, D. W., Skowron, A., Allen, M. R., Burkhardt, U., Chen, Q., … & Gettelman, A.（2020年），The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018. Atmospheric Environment, 117834.
• Our World in Data（2020年10月22日），Climate change and flying: what share of global CO2 emissions come from aviation?
• 台達電子文教基金會（2017年10月9日），「低碳交通」系列二：誰說小客車不能成為公共運輸？ 
• 交通部民用航空局，CORSIA專區

※本文轉載自低碳生活部落格〈用電動飛機達減碳訴求？國際航空業電力化的進展與挑戰〉