【科技.未来】拒飞运动遍地开花 电动飞机为何姗姗来迟?

撰文: 孔祥威
出版:更新:

发起自瑞典的“飞行之耻”(flight shame,瑞典语为flygskam)运动近年于欧洲兴起,提倡搭火车取代搭飞机,以减少碳足迹。面对消费者的环保意识愈来愈强烈,以及愈趋严厉的排放监管,航空公司和飞机制造商正在设法减排,包括研发电动或油电混合新型飞机。但相比起愈趋普及的电动车,电动飞机为何多年来只闻楼梯响?面对气候变化的压力,我们最终会否只剩下弃搭飞机这一选项?

通贝里由英国乘搭由太阳能和水力发电推动的帆船前往美国,身体力行回应“飞行之耻”。(Getty Images)

除了以一句“何等斗胆”(how dare you)慷慨激昂,批评大国环保政策“走数”之外,16岁的瑞典少女通贝里(Greta Thunberg)还以身作则,选择不坐飞机出席上月底在美国纽约举行的联合国气候峰会。她乘坐由太阳能板和水力发电机来推动的帆船“玛丽齐亚二号”(Malizia II)从英国普利茅斯出发,15天后抵达纽约。此外,她将会乘坐巴士、火车和船,出席12月于智利圣地牙哥举行的另一场联合国会议。

通贝里示范了如何回应瑞典人所谓的“飞行之耻”,即是当你放假搭飞机去旅行而成为气候变化帮凶的罪疚感。这罪疚感来自搭飞机的污染。航空业现时占全球二氧化碳排放量约2%,预计会不断增加。据国际民航组织(ICAO)估计,2045年的国际航空交通及燃料消耗将会是2015年的三倍;非牟利组织国际洁净运输理事会(ICCT)上月发表的报告发现,该排放量的增幅或较联合国预期为快,过去五年已增加了32%,相当于兴建50个燃煤发电厂。难怪上月英国运输大臣沙格兰(Grant Shapps)在克兰菲尔德大学(Cranfield University)致辞时说:“为了我们的下一代和脆弱的环境,我们需要着手处理商业航空的温室气体排放。”

航空业污染严重非新鲜事,业界也早已定下减排目标,问题是做不做得到。电动飞机或许是答案。(Getty Images)

航空业的污染并非新鲜事,业界早已作出回应。国际航空运输协会(IATA)在2009年承诺,到2050年会把业界排放量减至2005年水平的一半;欧洲航空安全局(EASA)亦表示,将会按飞机二氧化碳排放量来分类;挪威和瑞典则定下目标,在2040年把国内短线航班转为全电动。正如汽车界有电动车减少污染,各大小航空业者正密切研发电动飞机,以达成各种减排目标。

根据咨询公司罗兰贝格(Roland Berger)资料,过去一年开发中的电动飞机数量达170架,增加了50%,预计今年底会增至200架。除了考虑到碳排放量之外,投资增加的另一原因—电力比一般飞机燃料便宜得多。“数十年来,推销飞机的说辞总是说效能提升,而电动将会是下一阶段。”罗兰贝格高级顾问Nikhil Sachdeva解释。

有业者预期,转用电动飞机,成本将比使用燃油为低。(Getty Images)

环保之余大减成本

航空业界现时每年花费约1,800亿美元在飞机燃料上。引擎生产商magniX行政总裁Roei Ganzarski指,一架小型飞机如Cessna Caravan,飞行100英里要使用400美元飞机燃料,若使用电力,“将会介乎8至12美元,每小时飞行成本较低。我们不是环保公司,我们这样做是因为在商业上合理。”

欧洲第二大廉航易捷(easyJet)正与美国航空初创公司Wright Electric合作,开发适用于两小时以内航线的大型全电动飞机,例如往来伦敦与巴黎或阿姆斯特丹之间,并声称将在2027年提供恒常飞行服务。

以色列初创公司Eviation的全电动客机Alice计划在2022年投入商业服务。(Eviation提供图片)

以色列初创公司Eviation在今年6月的巴黎航空展上,亦展出了名为Alice的全电动客机,目标最早于2022年投入商业服务。Alice在机尾有一个主要推进器,另有两个在机翼尖,机身底部也较一般客机平坦,以增加上升力,可在10,000呎高空飞行,最高时速达440公里。Eviation声称Alice可减低航空营运成本70%。美国海角航空(Cape Air)已承诺向Eviation购买“双位数字”的飞机。

不过,Alice仍有很多限制,例如最多只可载九名乘客和两名机员,每次充电后最远途程只有650英里(约1,046公里),相当于巴黎与巴塞隆那之间的距离。一般常见短途客机如空中巴士(Airbus,下称“空巴”)的A320和波音(Boeing)的737都能搭载逾百名乘客,航程逾1,000英里(约1,609公里)。

Eviation的电动飞机Alice,只能载客9人,每次充电后最远途程只有650英里,与航空交通主流飞机相距甚远。(Getty Images)

这些限制主要来自于电池技术进展跟不上。现时航空业的排放中,有80%来自1,500公里航程以上的航班,但暂时没有电动飞机可克服这飞行距离。若电池要用于飞机,必须能在飞机起飞时释放大量能量,且能量密度(energy density)要够高,在愈小的空间塞进愈多能量就愈好。所以,电池愈轻愈好,并可快速充电或更换。

伦敦大学学院能源及交通教授Andreas Schäfer解释,飞机燃料的比能(specific energy)高达11,890瓦特小时/公斤,而现时主要在汽车中使用、较好的锂离子(lithium-ion)电池只有约250瓦特小时/公斤,仅为飞机燃料的2%。他估算,若波音737或空巴A320之类大小的飞机要飞行600海里(约1,111公里),电池比能至少要有800瓦特小时/公斤。近年,电池的能量密度以每年3%至4%增长,假若趋势持续,将要到本世纪中才可做到。

电动飞机仍停留于起步或小规模阶段,一大原因是电池的能量密度远不及现时使用的飞机燃料。(Getty Images)

“第三个航空时代”

油电混合(hybrid)技术正是希望克服上述困难。部份油电混合飞机使用了类似丰田油电混合汽车Prius所采用的方法,Prius使用“并联”(parallel)混合技术,即把一个使用电池的电动马达及一个使用汽油的传统引擎分别连接到汽车的动力传动系统,可按需要交替切换。然而,更多油电混合飞机计划使用另一种名为“串联”(serial)混合的技术,即把置于机翼的引擎连接至电池,继而连接至位于机尾使用煤油、柴油,甚至氢的涡轮,在起飞和升降时由电池供应能量,到达巡航高度后就轮到涡轮,并为电池充电。

一些航空巨头似乎认为,相比全电动飞机,这种进路更有可能在短期成功。空巴便希望在2022年测试油电混合飞机,该公司在今年6月宣布与欧洲航太公司Daher和Safran合作,Daher会处理组件及系统安装,Safran提供名为EcoPulse的推进系统,空巴则解决电池与空气动力学的设计。彭博社今年6月引述消息人士指,空巴正考虑在十五年后推出首架油电混合飞机至市场,取代销情极好的A320neo窄体飞机,并有信心这创新的推进系统可于2035年放到全新的窄体飞机中推出。

空中巴士正与Daher和Safran合作研发油电混合飞机,预计2022年可测试。(Airbus/Daher图片)

另一引擎大厂劳斯莱斯(Rolls-Royce)在今年6月收购了西门子(Siemens)的电动及油电混合航太推进系统部门eAircraft。这两间公司正联同空巴开发油电混合飞机e-Fan X,目标于2021年试飞。劳斯莱斯电动部总监Rob Watson扬言:“电动化将会为航空业界带来重大影响,就好比活塞引擎取代燃气引擎。我们正处于第三个航空时代的黎明。”投资银行瑞银(UBS)亦在报告中支持这个说法,它预测航空业会在地区途程上迅速转往油电混合和电动,在2028至2040年间,每年将需要550架油电混合飞机。

美国初创公司Zunum Aero获波音和廉航JetBlue支持,正使用法国公司Safran的引擎,开发油电混合飞机。该公司将会从一架载客12人的飞机开始着手,目标于2022年飞行。在巴黎航空展前夕,美国航空设备制造商United Technologies亦宣布与美国国防部承包商雷神(Raytheon)合作,目标在2022年生产出油电混合飞机。

继续阅读︰

【科技.未来】瑞典兴起“飞行之耻” 航空环保责任谁属?

上文节录自第184期《香港01》周报(2019年10月14日)《拒飞运动遍地开花 电动飞机姗姗来迟》。

更多周报文章︰【01周报专页】

《香港01》周报,各大书报摊、OK便利店及Vango便利店有售。你亦可按此订阅周报,阅读更多深度报道。