钟生辉，工学博士，九三学社杭州市余杭区基层委员会第三支社社员，杭州市北京航空航天大学国际创新研究院副教授、硕士生导师，主要从事发动机燃烧理论和排放控制研究。主持/参与国家自然科学民航联合基金、国家自然科学青年基金和浙江省自然科学基金等。曾获得中国内燃机学会技术发明一等奖和中国颗粒学会技术发明一等奖，2025年1月入选中国内燃机学会青年人才托举计划。
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基层委员会第三支社的钟生辉
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《碳中和航空动力技术的挑战》
碳达峰、碳中和是党中央作出的重大战略决策，是生态文明建设的重要组成部分。作为碳排放“大户”，交通运输业碳排放快速增长。全球约23%的碳排放来源于交通领域，其中约11%来源于航空运输。飞机发动机在运行时会将燃料的化学能转化为热能和动能，同时排放二氧化碳、碳烟和氮氧化物等。此外，飞机尾迹云及由此产生的卷云还会加剧全球变暖。航空排放对全球变暖的总贡献度已接近5%，若不干预，至2050年将增加3倍，使全球升温0.1℃。国际民航组织承诺航空运输产业将在2050年前达到碳中和，并且明确规定成员国从2027年开始需强制参加国际航空碳抵消和减排计划，若航空碳排放超额，则需采取额外的措施进行抵消。目前，碳中和航空动力技术已成为航空业发展的热点领域。我国飞机产业起步较晚，在新一轮航空动力技术变革中将面临严峻挑战。
航空业被认为是全球最难脱碳的行业之一。目前，碳中和航空动力主要有以下三条技术路径：电动化、使用可持续航空燃料和使用氢气等零碳燃料。
电动化
电动化在我国汽车脱碳领域取得了显著成效，但在航空领域却面临瓶颈。航空煤油的能量密度约为12000瓦时/公斤，而目前商用锂离子电池能量密度约300瓦时/公斤。这意味着，电动飞机的电池续航能力不足以支撑长途飞行，目前只能为小型无人机提供动力。
可持续航空燃料
可持续航空燃料是一种由生物质、废弃物或二氧化碳捕集等原料制成的替代燃料，可以直接添加到航空煤油中使用。与传统航空煤油相比，这种燃料在全生命周期内可减少最多90%的二氧化碳排放。国际民航组织预估，到2050年，可持续航空燃料将贡献航空业50%～70%的碳减排效益。然而，由于原料短缺、生产工艺复杂，这种燃料的价格约为航空煤油的3倍。2024年全球可持续航空燃料的产能仅为150万吨，远低于全球一年3亿吨的航空煤油消耗量。
氢气
氢能作为一种基础能源，已于2024年正式纳入我国能源法。目前我国每年产氢量可达3600万吨。氢气可以燃烧进行做功，但是其体积能量密度只有航空煤油的1/9，且氢燃烧速度极快，因此必须改造航空发动机的燃料存储喷射系统和燃烧室结构以适应氢燃烧。此外，氢气还可以通过电化学反应如燃料电池产生电能，驱动电动机。氢航空动力技术目前仍处于研发阶段，国际航空运输协会预计，这一技术将在2050年后大规模应用。
以上三条碳中和航空动力技术路径并非相互独立，而是可以相互补充。例如，“增程式”串联混合动力系统既能解决电池能量密度低的问题，又能利用电动化分布式驱动的优势；电动化在短程小型飞机中具有明显优势，而氢动力则更适合长途大型飞机。总之，碳中和航空动力的挑战与机遇并存，也将引领新一轮的航空产业变革。
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（音频音效制作：周卫东）