党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视科技创新工作，把科技创新摆在经济社会发展全局的核心位置。近年来，民航局高度重视智慧民航建设，先后印发多个智慧民航建设顶层架构的纲要性文件，提出通过科技创新驱动民航高质量发展，体系化提升民航科技自主创新能力的方向。长期来看，靠单纯增加传统要素投入的方式已难以适应新形势下民航业发展的要求，运输规模持续增长与资源保障能力不足是行业发展中面临的主要矛盾，尤其是在未来2030年碳达峰和2060年碳中和的目标要求下，必须通过智慧民航建设，破解行业发展难题，拓展绿色发展路径，提升行业发展空间，构筑行业发展竞争新优势。本文立足于“双碳”的背景，深入分析智慧民航产业化的现状和实现路径。
民航碳排放现状
根据国际能源协会数据统计，新冠疫情爆发前，2019年全球航空运输业总碳排放量已经占到全球交通运输行业碳排放量的10%，占全球碳排放总量的约2%。同时间段下，中国交通运输领域碳排放总量11亿吨，占全国碳排放总量10%左右，其中航空占大约10%。国际能源署报告显示，从2013年到2019年，全球民航业碳排放量已超过国际民航组织预测民航业碳排放总量数值的70%，如果不加控制，到2050年全世界将有25%的碳排放来自航空业。华经产业研究院数据显示，2021年1-9月国内碳排放量行业占比排名中，电力行业排第一占比45%，民航占比1%。虽然民航的碳排放量远远低于电力行业，但降碳难度却高于电力行业。按河北师范大学地理科学学院构建的区域碳排放指数模型对国内民航碳排放区域等级进行划分，区域碳排放指数模型将排放指数大于0.5的区域定义为高排放，介于0.2-0.5之前的区域定义为中排放，低于0.2的区域定义为低排放。如图1所示，2014-2019年国内碳排放总量持续增长，中排放以及高排放区域逐年扩大，并且已经形成“东部大于西部、中部和东北”的格局。随着新冠疫情的控制，民航业复苏，碳排放量将逐步增长，民航业的碳减排迫切性日渐提升。
图1：2004-2019年中国民航碳排放区等级分布图
智慧民航碳减排现状
2022年1月《“十四五”民用航空发展规划》（以下简称《规划》），把碳达峰、碳中和纳入了民航高质量发展整体布局。《规划》中明确提出，全行业要按照国家碳达峰、碳中和总体要求，加快形成民航全领域、全主体、全要素的绿色低碳循环发展模式。民航产业链较复杂，实现碳减排目标成为了行业的系统性问题，需要产业链上下游各方的积极配合和其他行业的跨界融合。中国东航已经开始行动，推进数字化技术应用、智慧民航建设，探索创新性的低碳实践。
2021年6月，电子飞行记录本（electronic log book，eb）在东航波音777机队正式启用，民航业沿用半个多世纪的纸质飞行记录本随之在这支机队谢幕，这是中国民航首次正式以elb取代纸质飞行记录本。飞行记录本记录着飞机在运行中产生的所有故障和信息，传统的记录本是纸质的，纸张、印刷、更换、保存的全过程既繁杂又大大增加碳足迹，东航的elb能兼顾更精准的信息记录与传递和节能减排。据测算，如果东航全机队实施elb运行，每年能节省的人工和纸张、印刷成本达2千万元以上，带来可观的环保减碳成效。
2021年10月，由东航执飞的我国第一班全生命周期碳中和航班成功首航。“全生命周期碳中和航班”在运行中使用依托东航、中国石化、中远海运联合完成的我国首船“全生命周期碳中和石油”，航油实现了从原油开采、运输、航空燃油炼制、储存、成品油燃烧的“全生命周期碳中和”。
同时，东航还积极引进更安全、更高效和更环保的新一代机型，提升机队的整体燃效水平，全球首家推出无源型永久电子行李牌，减少纸质行李牌的使用；加大新能源车辆投资引进力度，推进车辆尾气改造计划，引进地面新能源车辆超过1000辆。在北京大兴机场，东航已经实现100%使用新能源通用类地面车辆。
智慧民航碳减排面临的困难
民航业的碳排放主要来自三个部分：飞机运行使用的燃油、民航生产过程中产生的地面排放和相关的电力等。根据法国巴黎银行的研究数据显示，飞机航空燃油燃烧的碳排放量占民航碳排放总量的79%，因此减少航油碳排放成了民航碳减排的关键问题。目前减少航油碳排放有三种实现路径：一是购入新的机型或对原有的飞机发动机进行改造；二是进行能源替换，即研究使用可替代航空燃油的能源；三是运用数字化技术对飞机运行过程进行分析，从计划、起飞、巡航、下降、滑行等阶段入手精细化节油。对民航来说，碳减排既是时代要求，也是一个提升新技术应用和航空安全的好时机，民航可以在新技术、新产品应用，特别是通过数字化技术改进，打造智慧民航、绿色民航，使飞机能够更加高效、安全地运行。但是也必须看到，在碳减排实现路径上仍存在一定的阻碍：
（一）可替代航空燃油能源实现路径困难
目前，研究较多的航空燃油替代路径有能源电动化、氢能化和可持续航空燃料三种方式。
电动飞机（Electric aircraft）是指依靠电动机而不是内燃机驱动的飞机，电力来源包括燃料电池、太阳能电池、超级电容器、无线能量传输或其他种类的电池等。但是目前电动力推进系统效率低、技术不成熟、推进系统重量过大，仅能满足电动飞机的最低使用要求。此外，电动力推进系统实用性、安全性和可靠性有待提高。电动力推进系统重量过大是电动飞机设计的最大难题，天气和环境适应能力是另一个重大技术问题。目前电动飞机基本上只能在天气良好的状况下飞行，而对于降水、降雪、雷电等恶劣天气情况和比较恶劣的环境条件下还不能飞行。
氢动力飞机主要有两种形式：一种是将氢作为燃料电池的动力来源，由燃料电池提供电能，驱动电机运转，再由电机驱动推进器，为飞机提供动力；另一种是以氢在中型和大型飞机上取代航空煤油作为燃料，飞行里程可达10000千米。但是氢需要极低的温度才可以完全液态化以方便储存，同时储存氢所需要的空间约为航空燃油的4倍，所以对于执行距离较远航线的飞机需要极大的空间和苛刻的条件储存氢。根据中国宏观经济研究院能源研究所报告显示，适用于航空领域的低温液态储氢技术难度系数大、成本高，短时间内仍处于缓慢发展态势。
表1：可替代航空燃油能源实现路径对比
可持续航空燃料主要包括生物燃料与合成燃料。与传统航空煤油相比，可持续航空燃料全生命周期中的碳排放量仅为20%～40%，可直接用于任何类型的飞机，且没有设备改造等限制。2021年10月，罗罗公司使用100%的可持续航空燃料在波音747飞行试验平台上成功完成试飞，并宣布到2023年其配装Trent发动机的所有远程飞机可100%采用可持续航空燃料为飞机提供动力。目前的问题是可持续航空燃料产量极低，据IATA（国际航空运输协会）估计，可持续航空燃料可以帮助减少近2/3的航空业温室气体排放量，到2050年，每年需要至少4500亿升可持续航空燃料，才可能满足航空业的燃料需求，而目前年产量仅为1亿升。
从已有技术和关键性技术攻克难度的角度看，在中短期内，可替代航空燃油能源实现路径只有可持续航空燃料。
（二）民航智慧减排产业尚未形成规模
目前国内个别机场和航空公司已经通过数字化和智能化技术实现最佳航油配置、最佳停机位及滑行道规划、最佳航路规划、最佳放轮高度等最优化运营来智慧降低碳排放，但是尚未形成全行业的规模性。同时，上述提到的可持续航空燃料在我国也尚未实现规模商业应用。制约可持续航空燃料广泛应用的主要障碍不是技术瓶颈，而是价格约束和产能约束。现阶段我国可持续航空燃料的生产成本比传统燃料高2—3倍，其中部分原料收集成本高、供应不足，过小的原材料产业规模使得可持续航空燃料产业发展更显不足。
智慧民航碳减排产业化实施路径建议
航空运输网络是国家综合立体交通网络的重要组成部分，但因已有飞机改造难度大、成本高、低碳技术成熟晚等原因，伴随着疫情后市场恢复带来的碳排放增加，民航需要提早并高度关注行业的碳中和布局机会。2022年1月中国民用航空局印发《智慧民航建设路线图》，明确了智慧民航建设各阶段性目标和具体任务，要营造“民航+绿色低碳”的生态圈。通过智慧民航的方式实现绿色民航，提出以下四方面实施路径建议：
一是加大力度提升飞机燃油经济性。长期大力支持国产大飞机、国产航空发动机技术投入和支持产业发展，强化科技与产业深入融合。目前国产飞机C919氮氧化合物的排放降低50%，二氧化碳的排放能够降低12%至15%。
二是加快国内空域结构调整和航路优化。通过智慧民航建设，将大数据、互联网、物联网、云计算、人工智能等技术与现有技术深度融合，充分发挥运营操作改进措施在中短期碳减排的潜力，持续挖掘基础设施提升的潜能。根据中国民航局的统计，仅2020年，共有28.97万架次航班通过航路优化，节省燃油消耗6.65万吨，减少二氧化碳排放约20.95万吨。
三是建立统一协调机制。由于民航产业上下游链条较长，在运营的过程中涉及机场、空管等多方影响因素，在日常的运营中各单位的信息壁垒和制度壁垒造成了更多的碳排放和浪费。在航班运营中，航班的飞行高度、直飞、机场保障等一系列因素均可导致航班运行中碳排放的变化，需要民航建立统一的协调调度机制，统筹整个产业链精调细调，优化运营，减少碳排放。
四是鼓励发展可持续航空燃料产业链。可考虑通过减税、补贴、贷款等惠企措施，支持可持续航空燃料研究与开发以及示范工厂的建设，也可以实施其他政策来降低相关产业的投资风险。要激励可持续航空燃料的推广应用，可考虑通过具有竞争性的定价，弥补化石航空燃料、可持续航空燃料之间的成本差异，促进航空公司增加可持续航空燃料的用量，进一步扩大市场需求。
“双碳”背景下的智慧民航产业化是一项系统性工程，具有产业链长、涉及面广的特点，不仅涉及民航发展的全领域、全主体、全要素、全周期，而且与民航的上下游产业、与其他行业紧密相关，更是与数字经济、先进制造、绿色产业等深度融合。因此，需要多行业跨界融合，赋能智慧民航碳减排产业化，强化创新主体力量，深化产业交流合作，加强成果推广应用，完善成果转化途径，最终做到提“高度”、增“厚度”、拉“长度”。（作者单位：中国东方航空江苏有限公司）