一条更短的跑道到净零

航空业的可持续发展 1可持续发展在航空业起飞缩短净零排放跑道的蓝图 航空业的可持续发展 2自 1903 年成立以来，航空业一直是伟大创新的发源地，当时莱特兄弟成为“第一人”。今天，这个创新的镜头有了新的焦点：创造一个更可持续的部门。未来 20 年，全球航空乘客人数预计将增加近一倍。1 这一增长将推动更高的燃料消耗，预计将攀升至每天 14 亿升（3.7 亿加仑）的航空燃料。2 更多的燃料消耗意味着更多的碳排放，如果不采取行动，到 2040.3 与航空相关的排放可能会增加 40%事实上，不久该行业就会看到新的排放量。虽然航空业的碳排放量约占当前全球年度碳预算的 2%，但专家预测，到 2050 年，航空业将消耗剩余碳预算的 12-27%，以将全球气温上升限制在比工业化前水平高 1.5 摄氏度以下。 4了解利害关系后，航空业已承诺到 2050 年实现净零排放。但是，没有单一的战略可以兑现这一承诺。这将需要结合行业和政府的举措以及生态系统的作用，以同时实现能源供应脱碳和部署新技术需要充分实现碳减排的好处。能源供应脱碳可能采取可持续航空燃料 (SAF)、氢或电力基础设施的形式。优先排序和将新的机载飞机技术调动到航空公司机队中同样复杂。我们已经确定了 11 项优先技术在新能源路径、发动机技术、机身等领域具有最大的配置、结构和车载系统2030-2050 年成功动员的潜力。然而，政府和行业需要在规划、资金、标准和安全方面保持一致，以使这些技术能够成功。这需要时间，但有了正确的飞行路径，航空工业可能会实现其减排目标。 可持续发展在航空业起飞321初始技术候选人6重点技术清单净零 2050：艰巨的挑战一段时间以来，航空业一直致力于创造更可持续的运营。现代飞机图 1——飞机技术脱碳选择方法减少 50% 的二氧化碳排放比 1990 年的相同航班。5 每个新一代飞机通常通过以下方式提高燃油效率15% 至 25%，以每乘客公里为基础。尽管如此，仍有许多工作要做。在航空航天领域，许多机载飞机技术具有减少碳排放的潜力。我们的方法论（图1）占关键方面：具体改进归因于每种技术，哪些市场细分技术将被调动，机队规模/飞行运营不同飞机细分市场的特点。2技术筛选3市场与商业现实4适用细分市场5市场准入 可持续发展在航空业起飞4机身和发动机 OEM•规模 SAF强制收养政府规章和激励措施刺激使用•加速发动机技术开发（例如，推进力、风扇、热力）用于中/长途•增加对改进电池的投资远程电气化•加大投资力度氢燃料电池•整合混合动力中期•开发更多先进材料（例如，复合材料、合金）以减轻重量科技公司•数字孪生/线程•基础设施投资•快速创新使用测试和学习方法（例如，创业心态）•在快速发展自主飞行和电气化•与合作监管机构航空公司•短期重点是关于新加坡武装部队放大•初始承诺已经完成电动飞机•收养问题继续使用新型推进技术机场•直接的原始设备制造商和机场之间的通信关于机队修改/新技术可以促进新技术的采用•分析和进一步的数据是需要规划氢气/电的学术界•增加合作伙伴关系在工业界和学术界之间将知识汇集到实践中•学术界可以协助减轻公众的担忧对于新技术（例如，开式转子）通过提供研究来提高消费者信心政府和监管机构•加速部署/认证新技术的进程和扩展协调•增加基础设施投资新技术的变化（氢，电力）•增加投资加速新技术（例如氢）•提升技能/教育政府雇员跟上技术发展的步伐这种方法主要来自研究和文献综述。埃森哲的研究人员还依赖于对行业利益相关者的一系列高管访谈，包括飞机原始设备制造商、一级供应商、航空公司、机场、政府机构和学术界。采访探讨了广泛的主题，从技术到解决方案时间范围再到合作机会。结果是利益相关者群体中的几个共同主题浮出水面，如图 2 所示。图 2——利益相关者高管访谈的共同主题和见解 5时机就是一切：没有快速修复图 3——技术和解决方案候选者已识别技术到 2050 年实现净零碳排放将需要该行业部署新的机载飞机技术。然而，这些技术的动员需要在很长一段时间内进行。从最初的列表中确定了无数技术候选者来自 ATAG Waypoint 2050 报告、利益相关者访谈和行业研究的 35 种技术候选者（图 3）。这份最初的长名单涵盖了广泛的发动机、新能源途径、飞机结构和系统。对于每个初始技术候选者，我们评估了脱碳潜力、技术准备情况和细分市场的适用性。今天，复合结构和飞行甲板优化等技术软件已经开始大规模采用。然而，确定的许多技术将需要更广泛的支持中期和长期的投资和优先次序。以下是它们在时间范围内的分解方式：•今天-2030: 近期的市场就绪技术•2030-2040：中期技术，通常处于规划阶段•2040 年及以后：有前途的长期技术，主要是在研发方面可持续发展在航空业起飞•无叶片推进 (UAM)•高级复合材料•变形机翼•双泡机身•电动/高级辅助动力装置 (APUS)•鸭翼箱翼跨音速桁架支撑翼 (ttbw)•融合翼体 (BWB)•开式转子•主动减轻负荷•肋骨•飞行脉冲•电动垂直起降（EVTOL）•先进的涡轮机械•自主飞行•民用超音速喷气发动机•等离子燃烧•全电力推进•先进的电传操纵系统•层流控制技术（自然和混合）•数字线程•结构健康监测•电动汽车充电•折叠翼尖•自适应后沿•直接空气碳捕获•飞机表面处理技术（LEAF）•高压比核心发动机•齿轮传动涡扇发动机•混合电力推进•翼尖装置•用于车载电源的燃料电池•电动滑行•氢动力5 可持续发展在航空业起飞6发电。分组技术描述通过定义具体的时间框架和非短期和市场准备的技术，我们制定了 11 项技术的重点列表（图 4）可以在中期和长期范围内动员起来。图 4——11 项技术的重点列表新能源路径全电动推进力利用电动机驱动传统螺旋桨或一组小型风扇的发动机技术；电力储存在电池中。通过燃料电池或通过改进的燃气涡轮发动机的氢燃烧提供动力的混合电动、电机驱动的推进装置；液体氢气用作与氧气燃烧的燃料。使用电池供电的电机和传统燃气涡轮发动机的推进系统。这被归类为发动机技术和新能源途径，因为它需要将电池与喷气燃料结合使用。开式转子使用无涵道风扇或螺旋桨风扇的发动机技术，可提高发动机涵道比和燃油效率。齿轮传动涡扇在风扇和压缩机之间使用齿轮箱的发动机技术；每个都以最有效的速度旋转，从而提高了发动机的推进效率。发动机技术高压比核心发动机发动机技术采用高效压缩机，可在更高压力下运行，减轻发动机重量并提高热效率，从而提供更多动力并提高燃油效率。机体配置固定翼飞机的空气动力学技术，没有明确区分机翼和机身；翼型机身和高升力机翼显着提高了升重阻力比。采用结构机翼支撑的空气动力学技术，可在不增加结构重量的情况下实现更大的机翼跨度；增加跨度可以减少阻力，更高的机翼位置可以启用更大的发动机，如开式转子。保持飞机表面气流和机舱无湍流的空气动力学技术；这可以通过层流控制技术飞机表面（自然）或边界层吸力（混合）的成形。该评估着眼于混合和自然的组合效应。结构先进的复合材料减轻飞机重量并改善飞机环境性能的新型材料；先进复合材料的原材料可以来自天然可再生资源。车载系统燃料电池力量利用燃料电池代替发动机驱动发电机的发电技术；这创造了更高效的车载电气直接公共资金、公私合作伙伴关系和行业激励措施将有助于推动该行业到 2050 年实现净零排放。氢动力混合电力推进融合翼身跨音速桁架支撑翼 可持续发展在航空业起飞7技术平均最大可寻址发射减排量（%CO 减排量）2030-204022030-2040：承诺，但主要在小型飞机上这个中期时间范围内的技术强调在支线飞机和窄体飞机上的应用。在不久的将来，业界预计会有几项创新进步。这些范围从增加电气化到新的从跨音速桁架支撑机翼到先进复合材料的空气动力学——而这些仅仅是开始。我们也期待层流控制技术可用于区域和窄体飞机。图 5 总结了重点技术，他们的好处和在这个时间范围内最有可能的适用性。技术在各自细分市场的平均最大可寻址减排潜力在 1% 到 20% 之间。齿轮传动涡扇发动机、层流、高压力比核心发动机和先进复合材料被认为在中期时间框架内是最可行的，因为更高的成熟度和认证状态。混合动力是由于其技术复杂性和高能量密度电池所需的进步，被观察到不太可行。图 5—2030-2040 年时间范围技术重点列表注：最大可寻址排放减少量计算为在以下情况下可以实现的减少百分比在适用的细分市场中调动特定技术。宽宽的身体窄体区域性齿轮传动涡扇发动机20%高压比核心发动机7%开式转子20%层流控制5%高级复合材料2%混合电力推进1%跨音速桁架支撑翼5% 可持续发展在航空业起飞8技术平均最大可寻址发射减排量（%CO 减排量）2040 年及以后22040 年及以后：更广泛的适用性，早期发展展望 2040 年及以后，我们预计会有更多新颖的解决方案进入市场。氢推进、全电力推进和革命性机身设计等技术将对减少排放产生巨大影响。其他技术——如跨音速桁架式机翼和用于机载动力的燃料电池——也有望帮助创新行业。图 6 总结了重点技术、它们的优势以及最重要的在这个时间范围内可能适用。这些技术在各自细分市场的平均最大可寻址减排潜力在 1% 到 46% 之间。跨音速桁架支撑机翼和用于机载动力的燃料电池等技术在这一长期范围内具有最大的可行性。由于技术复杂性和实现它的基础设施要求，氢推进的可行性最低。图 6——2040 年及以后时间范围内的技术重点列表注：最大可寻址排放减少量计算为在以下情况下可以实现的减少百分比特定技术在适用的飞机领域动员起来。该领域的技术显示出减少排放的巨大潜力。然而，由于它们的部署跑道较长，飞机计划很难更快地整合和部署它们。企业应高度重视考虑到这些长期技术所承诺的巨大排放影响，考虑加速它们的发展。由于宽体飞机驱动 45%飞机排放量，进一步扩展这些技术可能会显着减少总体飞机排放，但在 2050 年后的时间范围内。宽宽的身体窄体区域性氢动力46%全电力推进1%跨音速桁架支撑翼5%融合翼机身9%车载电源用燃料电池2% 可持续发展在航空业起飞可持续发展在航空业起飞要了解有关我们方法的更多信息，请下载完整报告。动员：这是一个生态系统游戏中长期来看，令人兴奋的新技术的潜力是巨大的。在行业和政府的适当支持下，它们可以在预期的时间范围内推向市场，并在 2050 年之前提供有希望的减排效果。公共和私营部门需要携手合作，以使这些技术取得成功。两者都可以通过做三件事在推进它们方面发挥关键作用：1.制定与可靠资金挂钩的连贯一致的多年期战略计划。2.与国际组织合作制定行业标准。3.确保可以尽快采用新技术，同时将安全作为重中之重。实施这些减少碳排放的策略不会一蹴而就。幸运的是，通过在正确的时间优先考虑正确的技术，航空业可以缩短跑道以实现净零。9 航空业的可持续发展 10参考1到 2050 年的飞机技术路线图，国际航空运输协会，20202埃森哲分析3埃森哲分析，2019年为基准年4分析：到 2050 年，航空业可能消耗 1.5C 碳预算的四分之一，Carbon Brief，2016 年 8 月5行业问题：环境、航空航天工业协会作者关于埃森哲埃森哲是一家全球专业服务公司，在数字、云和安全方面拥有领先的能力。我们结合 40 多个行业的无与伦比的经验和专业技能，提供战略和咨询、互动、技术和运营服务——所有这些服务都由世界上最大的先进技术和智能运营中心网络提供支持。我们的 699,000 名员工每天都在兑现技术和人类智慧的承诺，为 120 多个国家的客户提供服务。我们拥抱变革的力量，为我们的客户、员工、股东、合作伙伴和社区创造价值并共享成功。访问我们www.accenture.com.关于友邦保险美国航空航天工业协会 (AIA) 是代表美国领先的航空航天和国防制造商和供应商的首要贸易协会，是民用和商业航天、商业航空、国防和安全以及国家空域系统问题的权威声音。 100 多年来，友邦保险一直是制定对我们会员最重要的政策的行业代言人。 AIA 的专业知识代表了民用、军用和商务飞机、直升机、无人机系统、太空的制造商和供应商的利益约翰施密特航空航天和国防全球行业领导者大卫·西尔弗副会长—民用