【科技.未來】拒飛運動遍地開花 電動飛機為何姍姍來遲?

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發起自瑞典的「飛行之恥」(flight shame,瑞典語為flygskam)運動近年於歐洲興起,提倡搭火車取代搭飛機,以減少碳足跡。面對消費者的環保意識愈來愈強烈,以及愈趨嚴厲的排放監管,航空公司和飛機製造商正在設法減排,包括研發電動或油電混合新型飛機。但相比起愈趨普及的電動車,電動飛機為何多年來只聞樓梯響?面對氣候變化的壓力,我們最終會否只剩下棄搭飛機這一選項?

通貝里由英國乘搭由太陽能和水力發電推動的帆船前往美國,身體力行回應「飛行之恥」。(Getty Images)

除了以一句「何等斗膽」(how dare you)慷慨激昂,批評大國環保政策「走數」之外,16歲的瑞典少女通貝里(Greta Thunberg)還以身作則,選擇不坐飛機出席上月底在美國紐約舉行的聯合國氣候峰會。她乘坐由太陽能板和水力發電機來推動的帆船「瑪麗齊亞二號」(Malizia II)從英國普利茅斯出發,15天後抵達紐約。此外,她將會乘坐巴士、火車和船,出席12月於智利聖地牙哥舉行的另一場聯合國會議。

通貝里示範了如何回應瑞典人所謂的「飛行之恥」,即是當你放假搭飛機去旅行而成為氣候變化幫兇的罪疚感。這罪疚感來自搭飛機的污染。航空業現時佔全球二氧化碳排放量約2%,預計會不斷增加。據國際民航組織(ICAO)估計,2045年的國際航空交通及燃料消耗將會是2015年的三倍;非牟利組織國際潔淨運輸理事會(ICCT)上月發表的報告發現,該排放量的增幅或較聯合國預期為快,過去五年已增加了32%,相當於興建50個燃煤發電廠。難怪上月英國運輸大臣沙格蘭(Grant Shapps)在克蘭菲爾德大學(Cranfield University)致辭時說:「為了我們的下一代和脆弱的環境,我們需要着手處理商業航空的溫室氣體排放。」

航空業污染嚴重非新鮮事,業界也早已定下減排目標,問題是做不做得到。電動飛機或許是答案。(Getty Images)

航空業的污染並非新鮮事,業界早已作出回應。國際航空運輸協會(IATA)在2009年承諾,到2050年會把業界排放量減至2005年水平的一半;歐洲航空安全局(EASA)亦表示,將會按飛機二氧化碳排放量來分類;挪威和瑞典則定下目標,在2040年把國內短線航班轉為全電動。正如汽車界有電動車減少污染,各大小航空業者正密切研發電動飛機,以達成各種減排目標。

根據諮詢公司羅蘭貝格(Roland Berger)資料,過去一年開發中的電動飛機數量達170架,增加了50%,預計今年底會增至200架。除了考慮到碳排放量之外,投資增加的另一原因—電力比一般飛機燃料便宜得多。「數十年來,推銷飛機的說辭總是說效能提升,而電動將會是下一階段。」羅蘭貝格高級顧問Nikhil Sachdeva解釋。

有業者預期,轉用電動飛機,成本將比使用燃油為低。(Getty Images)

環保之餘大減成本

航空業界現時每年花費約1,800億美元在飛機燃料上。引擎生產商magniX行政總裁Roei Ganzarski指,一架小型飛機如Cessna Caravan,飛行100英里要使用400美元飛機燃料,若使用電力,「將會介乎8至12美元,每小時飛行成本較低。我們不是環保公司,我們這樣做是因為在商業上合理。」

歐洲第二大廉航易捷(easyJet)正與美國航空初創公司Wright Electric合作,開發適用於兩小時以內航線的大型全電動飛機,例如往來倫敦與巴黎或阿姆斯特丹之間,並聲稱將在2027年提供恆常飛行服務。

以色列初創公司Eviation的全電動客機Alice計劃在2022年投入商業服務。(Eviation提供圖片)

以色列初創公司Eviation在今年6月的巴黎航空展上,亦展出了名為Alice的全電動客機,目標最早於2022年投入商業服務。Alice在機尾有一個主要推進器,另有兩個在機翼尖,機身底部也較一般客機平坦,以增加上升力,可在10,000呎高空飛行,最高時速達440公里。Eviation聲稱Alice可減低航空營運成本70%。美國海角航空(Cape Air)已承諾向Eviation購買「雙位數字」的飛機。

不過,Alice仍有很多限制,例如最多只可載九名乘客和兩名機員,每次充電後最遠途程只有650英里(約1,046公里),相當於巴黎與巴塞隆那之間的距離。一般常見短途客機如空中巴士(Airbus,下稱「空巴」)的A320和波音(Boeing)的737都能搭載逾百名乘客,航程逾1,000英里(約1,609公里)。

Eviation的電動飛機Alice,只能載客9人,每次充電後最遠途程只有650英里,與航空交通主流飛機相距甚遠。(Getty Images)

這些限制主要來自於電池技術進展跟不上。現時航空業的排放中,有80%來自1,500公里航程以上的航班,但暫時沒有電動飛機可克服這飛行距離。若電池要用於飛機,必須能在飛機起飛時釋放大量能量,且能量密度(energy density)要夠高,在愈小的空間塞進愈多能量就愈好。所以,電池愈輕愈好,並可快速充電或更換。

倫敦大學學院能源及交通教授Andreas Schäfer解釋,飛機燃料的比能(specific energy)高達11,890瓦特小時/公斤,而現時主要在汽車中使用、較好的鋰離子(lithium-ion)電池只有約250瓦特小時/公斤,僅為飛機燃料的2%。他估算,若波音737或空巴A320之類大小的飛機要飛行600海里(約1,111公里),電池比能至少要有800瓦特小時/公斤。近年,電池的能量密度以每年3%至4%增長,假若趨勢持續,將要到本世紀中才可做到。

電動飛機仍停留於起步或小規模階段,一大原因是電池的能量密度遠不及現時使用的飛機燃料。(Getty Images)

「第三個航空時代」

油電混合(hybrid)技術正是希望克服上述困難。部份油電混合飛機使用了類似豐田油電混合汽車Prius所採用的方法,Prius使用「並聯」(parallel)混合技術,即把一個使用電池的電動馬達及一個使用汽油的傳統引擎分別連接到汽車的動力傳動系統,可按需要交替切換。然而,更多油電混合飛機計劃使用另一種名為「串聯」(serial)混合的技術,即把置於機翼的引擎連接至電池,繼而連接至位於機尾使用煤油、柴油,甚至氫的渦輪,在起飛和升降時由電池供應能量,到達巡航高度後就輪到渦輪,並為電池充電。

一些航空巨頭似乎認為,相比全電動飛機,這種進路更有可能在短期成功。空巴便希望在2022年測試油電混合飛機,該公司在今年6月宣布與歐洲航太公司Daher和Safran合作,Daher會處理組件及系統安裝,Safran提供名為EcoPulse的推進系統,空巴則解決電池與空氣動力學的設計。彭博社今年6月引述消息人士指,空巴正考慮在十五年後推出首架油電混合飛機至市場,取代銷情極好的A320neo窄體飛機,並有信心這創新的推進系統可於2035年放到全新的窄體飛機中推出。

空中巴士正與Daher和Safran合作研發油電混合飛機,預計2022年可測試。(Airbus/Daher圖片)

另一引擎大廠勞斯萊斯(Rolls-Royce)在今年6月收購了西門子(Siemens)的電動及油電混合航太推進系統部門eAircraft。這兩間公司正聯同空巴開發油電混合飛機e-Fan X,目標於2021年試飛。勞斯萊斯電動部總監Rob Watson揚言:「電動化將會為航空業界帶來重大影響,就好比活塞引擎取代燃氣引擎。我們正處於第三個航空時代的黎明。」投資銀行瑞銀(UBS)亦在報告中支持這個說法,它預測航空業會在地區途程上迅速轉往油電混合和電動,在2028至2040年間,每年將需要550架油電混合飛機。

美國初創公司Zunum Aero獲波音和廉航JetBlue支持,正使用法國公司Safran的引擎,開發油電混合飛機。該公司將會從一架載客12人的飛機開始着手,目標於2022年飛行。在巴黎航空展前夕,美國航空設備製造商United Technologies亦宣布與美國國防部承包商雷神(Raytheon)合作,目標在2022年生產出油電混合飛機。

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【科技.未來】瑞典興起「飛行之恥」 航空環保責任誰屬?

上文節錄自第184期《香港01》周報(2019年10月14日)《拒飛運動遍地開花 電動飛機姍姍來遲》。

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