飞机如何减排降碳？GE航空有话说

文章来源:航旅圈碳交易网2022-06-17 09:13

6月15日，是“全国低碳日”，今年的主题是“落实‘双碳’行动，共建美丽家园”。

当前，交通运输业占中国二氧化碳来源的8%，位列电力行业和工业之后，排名第三，且随着交通网络的快速发展逐年增加，目前已是我国碳排放增长最快的行业之一。

而在交通运输行业中，航空业是重要的减排领域。据预测，未来20年中国的新飞机需求为8600架，每年新增客运量5.5%，在2035年远景目标中，还明确了在未来15年平均每年新增10个机场的规划。飞机的碳减排，对实现碳中和目标影响巨大。

为此，国际航协（IATA）也设定了2020年起限制碳排放，到2050年，碳排放减至2005年一半的目标。

这样的目标设定与GE航空不谋而合。对于未来航空，GE航空的定义不仅是更快、更智能、更安全，也提倡更清洁、更环保、更可持续的飞行。

“帮助航空业客户减少碳排放，提高燃油效率并减少碳足迹，这也是GE航空产品的价值核心，”GE全球副总裁、GE中国总裁、GE航空集团大中华区总裁向伟明指出，秉持这一理念，GE航空及其合资公司长期携手合作伙伴在涵盖飞机发动机架构、空气动力学、材料科学和燃料等领域都进行了研发创新。

全谱系发动机产品升级

说到航空业的“降碳”，发动机减排提效至关重要。

GE航空是所有发动机制造商中，唯一一家在过去十年，实现了全谱系飞机发动机产品升级的公司，而对GE航空及CFM早前研发的每一代新发动机来说，都实现了油耗和碳排放量的降低。

如今，GE航空的飞机发动机油耗比1970年代和1980年代生产的发动机降低了40%。此外，通过提高涵道比、引入空气动力学和新型燃烧技术、开发碳纤维复合材料风扇叶片、陶瓷基复合材料和增材制造，GE航空的发动机不仅重量更轻、耐热力更强、部件设计更加优化，推进效率也得到显著提升。

比如在单通道飞机发动机方面， LEAP发动机的燃油效率就比CFM56发动机提高了15%。

LEAP发动机共有三款型号。目前，空客的A320neo、波音的737 MAX以及中国商飞研制的国产大飞机C919客机，都选择使用了LEAP发动机。

其中，LEAP-1A发动机早在2018年6月就开始交付中国客户了，目前共有10家大中华地区的航空公司，运营以LEAP-1A发动机为动力的A320neo系列客机。LEAP-1A交付中国至今，仍保持着零空停的可靠性纪录。

也正是凭借着LEAP优异的性能和可靠性，LEAP-1C发动机成为中国商飞C919国产干线客机的动力装置。

目前，GE航空和其合作伙伴正积极支持中国商飞完成C919国产干线客机的试飞取证工作，并按照商飞的进度全力支持C919的交付工作。

据了解，C919国产干线飞机最快于今年年内交付首家客户东方航空，而搭载CF34-10A发动机的国产支线飞机ARJ21，更是已进入了交付的快车道。

在中型双通道发动机方面，GEnx的燃油效率比CF6发动机提高了15%；大型双通道发动机GE9X的燃油效率比GE90发动机提高了10%；涡轮螺旋桨发动机Catalyst的燃油效率则比市面上的同类发动机高20%。

如今，GE航空仍在发动机新技术上持续投入，并在涉足更多创新前沿领域，比如Catalyst发动机将会作为电混动力发动机的基础；Affinity发动机也在研发中，主要侧重于超音速公务机。

减排20%的技术法宝

目前，GE航空已经在联合合作伙伴开发下一代发动机技术，包括开放式风扇、混合电力和先进的热管理概念等，这些技术有望将燃油效率较目前最先进的单通道飞机发动机再度提高20%以上。

其中，2021年6月宣布启动的RISE可持续发动机技术验证项目，就是用以验证及完善部分新型颠覆性技术。

RISE项目的目标，是要通过开放式风扇架构，验证研发出较现役最高效的发动机再减少20%以上油耗和碳排放的技术。项目还将验证混合电力性能、100%可持续航空燃料及氢能源的兼容等。

航空推进系统的历史演进表明，要实现各项效率指标的突破，关键在于使用更大尺寸的风扇，以提供更大的涵道比，增加发动机的推进效率，从而降低油耗。

向伟明指出，RISE项目预期在现役最高效的发动机的基础上，实现额外减少20%以上的油耗和碳排放目标，仅靠在目前的涡扇发动机设计上进行改良是无法达到的。因此，开放式风扇架构成为实现这一指标的关键。

所谓开放式风扇架构，就是没有了风扇机匣，这对发动机的研制来说，可以算是颠覆性的技术。而在这种架构下，如何保障风扇叶片的安全，不影响飞机安全，也是需要验证和解决的重点问题。

据了解，RISE项目将采用复合材料（碳纤维复合）风扇叶片。自1995年以来，复合材料叶片已先后应用于GE90、GEnx、LEAP和GE9X发动机上，累计飞行1.4亿小时，另外，这些复合材料叶片没有寿命限制。

除了开式风扇架构，RISE项目正在研究的另一项重要技术是紧凑型发动机核心。

2021年末，GE航空与美国宇航局共同宣布了另一项价值数百万美元的项目。通过这一项目，GE航空将测试并升级紧凑型发动机核心机设计，以提高热效率，包括高速增压压缩机、低排放燃烧室和高压涡轮技术等。此外，为了进一步实现低碳高效，GE航空还会持续发展一种先进的耐热材料——陶瓷基复合材料（CMCs）。GE预计，这项技术将于2030年之前开展地面测试。

目前，RISE项目已经进行了几次试验台测试，根据相关规划，RISE项目将于本世纪20年代中期进行验证机的地面和飞行测试，计划于2030年代中期投入使用，届时，GE航空与赛峰集团50/50平股的合资公司CFM国际将成为首家在单通道飞机发动机领域引入混合动力的公司

如何满足未来航空新要求

除了RISE项目，GE航空还在推进与合作伙伴的可持续航空燃料、氢能及混合动力项目。

2007年以来，GE航空就开始了对可持续航空燃料的评估和认证，并在行业中制定了100%可持续航空燃料的标准。

可持续航空燃料是一种替代喷气飞机燃料。较传统的石油基燃料而言，可持续航空燃料由更可持续的原料和工艺生成，可有效减少生命周期内的碳排放。

2021年12月，GE航空与美联航合作，采用LEAP发动机执行了全球首个100%可持续航空燃料客运航班。

除了载着100多名乘客从芝加哥飞往华盛顿特区以外，这趟航班还有一大亮点——据GE航空的燃料工程负责人Gurhan Andac（居尔汗·安达克）介绍，此次飞行对于将SAF最高混合比例提高至50%以上具有重要历史意义。

2022年5月，GE航空又宣布其Passport发动机完成了搭载100%可持续航空燃料的飞行测试。

目前，已获准使用的可持续航空燃料由石油基的Jet A/Jet A-1与可持续航空燃料成分混合而成，最大混合比高达50%。GE航空的燃料技术负责人正领导国际工作小组制定标准化的行业规范，为推行不需要与传统喷气燃料混合的100% 可持续航空燃料提供支持。

在去年的迪拜航展上，GE航空还宣布将与阿联酋航空和阿提哈德航空合作展开可持续航空燃料的相关项目。今年，GE航空计划进行更多100% SAF的试飞项目。

今年2月，CFM国际还宣布与空客共同开展氢示范项目，采用GE Passport™涡扇发动机，将它安装在空客A380尾部，使用氢作为燃料进行地面和飞行测试，希望为未来2035年零碳排放飞机的成功研发奠定良好的基础。

“随着技术的不断改进，如果我们提炼可持续航空燃料的成本进一步降低，达到能够与石油或目前的航空煤油相竞争的水平，甚至稍微高一点，这项技术可能很快就可以大面积推广，因为基本上所有GE航空的发动机都可以采用可持续航空燃料，技术上已经不成问题。”向伟明指出，而在氢燃料方面，不仅仅是发动机的问题，还要跟飞机项目共同配合，技术验证是一方面，投入具体飞机使用是另外一方面，“我们预计这项技术在新的机型出来之后，有机会大规模推广。”

此外，GE航空与美国宇航局NASA还在进行混合电力技术验证项目，去年10月宣布获得了NASA总计将近1.8亿美元的合同，用于开发“兆瓦级混合电力推进系统”。今年2月，GE航空宣布与波音在单通道飞机上进行技术成熟度准备情况演示，这个项目不仅为未来的发动机设计和其它混合电力产品研发奠定基础，还能为混合电力发动机的标准、认证和监管要求制定提供数据指导。

“高可靠性、高使用率、低油耗、低排放、低噪音始终是我们的追求。长久以来中国一直是GE全球除美国本土之外的最大单一市场和重要战略市场，也是GE全球发展的重要引擎和组成部分，”向伟明表示，“未来GE航空将继续专注航空领域的技术革新，以创新技术驱动可持续高效未来的承诺，助力中国实现绿色低碳的发展目标。”