浅谈航空物流低碳化发展

Abstract： Low-carbonation becomes a hot topic in the development of aviation logistics. This paper presents the concepts of aviation logistics and low-carbon as well as the carbon emissions. The strategies of low-carbon development in the air transportation， infrastructure， land transportation and information system are discussed. The low-carbonation of aviation logistics has to go through all the processes in the chain by means of multi-cooperation， and it has a long way to go.

Key words： aviation logistics； low-carbon； energy conservation and emission reduction； strategies

0 引 言

气候变化成为全球关注的紧迫性问题，节能减排和可持续发展是国际社会的共同责任。物流是当今一种重要的经济活动，即是能源消耗大户，又是碳排放大户。航空物流作为现代物流的五个子系统之一，与水路、公路、铁路和管道运输共同构成整个现代物流系统。在这五种交通运输方式中，航空运输的单位能耗最高[1]，而且由于航空运输活动向大气排放的二氧化碳、硫化物、氮氧化物、煤烟颗粒等有害物质位于平流层高空，此高度的排放更难以被植物吸收，并且由于航空运输跨空间大的特性，使得航空排放比其他运输方式的排放对气候变化造成的影响更大，也更加直接[2]。因此，航空物流的低碳化发展成为全球焦点，对行业竞争力的提升、可持续发展的实现具有重要的意义。本文从航空物流服务链出发，有针对性地探讨航空物流各个环节的低碳化发展措施。

1 航空物流与低碳理念

航空物流是指以航空运输为主要运输形式，借助现代信息技术，连接供给主体和需求主体，使物品从起点至终点及相关信息有效流动的全过程，可以概括为空中运输、地面设施（航空物流中心和机场等）、地面承运和信息系统四大模块构成的完整服务链，如图1所示。航空物流具有其他运输方式不可比拟的运输速度、广度、安全和高效，同时又可以分区域制定统一费率；另外，航空物流还具有随时间和季节波动性较大、运输单向性、流程复杂等特点。目前，航空运输量正迅速增长，2005

～2025年世界运输预计年均增长4.6%（以实际旅客公里计），国内运输有望年均增长3.4%，而国际运输有望年均增长5.3%[3]。根据国际民航组织最新发布的数据，2015年4月，全球航空运输收入旅客公里比2014年4月增长5.9%，全球货运业务增长同比增长3.3%，全球航空运输可用座公里同比增长了6.1%，全球航空运输载运率达到79.4%，同比增长0.5%[4]。航空业快速发展的同时，自身存在的排放、污染等环境问题日益显现，不仅增加航空运输业的外部成本，而且对社会的可持续发展产生较大的负面影响。航空物流示意图如图1所示。

随着世界经济的发展和人口的剧增，二氧化碳排放量越来越大，气候和环境问题越来越严重，引起全世界的高度关注。1990年第45届联合国大会决定制定《联合国气候变化框架公约》，1997年在日本京都通过了人类历史上首次有法律约束力的温室气体减排的国际公约――《京都议定书》，2007年在印尼通过了“巴厘岛路线图”，2009年在哥本哈根举行的第十五届联合国气候变化大会推动了更多国家领导人、高层政府官员更加认真看待和解决气候变化问题，制定了《哥本哈根协议》，最近2014年12月利马气候大会达成了《利马气候行动号令》（Lima Call for Climate Action），这些无不反映了国际社会对气候问题的重视。随着国际会议的深入，节能减排和低碳也进入了高速发展时期。低碳，指较低（更低）的温室气体（二氧化碳为主）排放。如今，围绕“低碳”已经形成了一系列低碳概念，并演变为低碳发展的科学体系，以低能耗、低污染、低排放为目标，以能源技术及节能减排技术为核心，以保护自然资源和环境为出发点，不断优化产业结构和进行制度创新，以实现健康可持续性发展的道路。

按照政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2007发布的第四次评估报告（AR4），航空运输CO2排放占全球CO2排放的2%，如果考虑到其他相关飞机引擎排放，如凝结尾、卷云等，其排放占由人类活动引起的温室效应的3%。但是，全球航空运输将有4%～5%的年增长，预示着未来全球航空排放将继续增加，到2050年，航空运输业的排放将占总温室气体排放的5%[5]。由于航空运输的跨国界性及高空气流的运动，航空高空排放不局限于一国空域之内，产生全球性影响。欧盟在2008年7月把航空业纳入欧盟碳排放交易体系（ETS），并于2009 年8月，公布了一份包含2 000多家航空公司的名单，这些航空公司在2012年起都被纳入欧盟的排放交易体系，如果排放超限，将征收碳排放税。尽管此计划引起很多争议，但是反映出航空运输的发展趋势――低碳化。而全球变暖令飞机起飞更加困难，为飞机负载带来更加严格的限制。较高的气温会使空气密度变小，因而降低机翼的升力，由于较重的飞机更难提速，在较热的天气条件下需要更长的跑道才能达到起飞所需的最低速度。但是如果跑道不够长，飞机就需要减少载重量[6]。所以，航空运输与气候变化是相互联系、相互影响的，航空运输的减排尤为重要。航空物流不仅仅包括航空运输，还包括承接地面运输及地面设施，航空物流的减排降耗是当务之急。 2 航空物流的低碳化策略

面对越来越高的“减排呼声”，2009 年，国际航空运输协会（IATA）提出了三大目标：到2020年，每年燃油效率提高1.5%；从2020年起，排放实现零增长；到2050年，碳的净排放量比2005年减少50%，并提出了四大支柱策略：（1）新技术（更有效的飞机构架、引擎和设备，可持续性的生物燃料，新能源）；（2）高效的运营（高效率的驾驶和轻的重量）；（3）有效的基础设施（改善航线、空中交通管理和机场程序）；（4）积极的经济手段（碳补偿，全球排放贸易）[5]，如图2所示，在这四大策略中，每一项都不是独立的，而是相辅相成的，新技术是实现减排目标的关键因素。

航空物流的低碳化发展不仅仅是空中运输的减排，还包含地面设施、地面承运和信息系统的减排，必须从完整的服务链考虑，结合国际航空运输协会提出的四大支柱策略，逐一分析其低碳化措施。

2.1 空中运输的低碳化

空中运输是航空物流最主要的部分，也是节能减排的重中之重。从20世纪70 年代以来，尽管由于飞机和引擎技术的不断提高，飞机发动机的燃烧效率已经提高了70%，但是相对航空业的快速发展，这种进步所带来的低碳成效仍显得捉襟见肘。各航空企业不断寻求节油技术和降低碳排放的手段，例如：新型燃料、引擎、机身设计等等。

目前，航空燃料主要是航空煤油和航空汽油，也是航空碳排放的一个重要来源。在减排压力之下，航空公司开始尝试使用可替代燃料（合成燃料和生物燃料）和新能源。早在20世纪20年代德国科学家发明了“费托工艺”（Fischer珠海到个旧物流-Tropsch）来人工合成燃料。新型的航空合成燃料是由标准航空燃油和其他燃料，如天然气等混合而成，其优势表现为：能够降低50%左右的CO2排放量；实现了动力燃料来源的多元化；提高航空燃油的性能指标；单位价格佛山到濮阳物流比标准航空燃油低；它能够直接使用原来燃料系统，具有很好的通用性。另一可替代燃料是生物燃料，泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。生物燃料原料来源主要分为几类：（1）是大豆和油菜籽等油料作物；（2）油棕、黄连木、麻风树等油料林木果实；（3）工程微藻等油料水生植物；（4）动物油脂、废餐饮油等为原料[2]。生物燃油的使用可以降低CO2排放量高达90%，但是生物燃油也面临一些重要问题：成本昂贵，约为传统航空燃油的3～4倍；需要大面积种植能源作物，与粮争地、与人争地，可能影响到粮食安全问题等。尽管合成燃料和生物燃料能够显著地减少航空运输的碳排放，更小排放或无排放的新能源飞机也吸引了许多研究，如燃料电池飞机、太阳能飞机、核电飞机等，受制于技术、成本和安全问题，新能源飞机有待于进一步研究和推广。

发动机是飞机的核心，决定着飞机的经济性，它的排放问题与其安全性、经济性、可靠性和维修性同等重要。航空发动机的排放主要与燃烧室的结构设计和工作状态有关。降低航空发动机排放量最实用的方法，是通过改进燃烧室部件，将燃烧室中的燃油与空气的比例以及燃烧温度控制在合理的范围之内。控制发动机排放的方法有：（1）在常规燃烧室采用污染排放控制，例如：调整滞留时间和温度、改变回流方式、调整主燃区当量比、运用准分级富油燃烧―猝熄―贫油燃烧（RQL）燃烧室技术等；（2）采用非常规燃烧室进行污染排放控制，如分级燃烧、贫油低NOx 技术[7]。另外，对发动机部件进行结构优化设计和使用轻质先进的材料，合理简化和减重，及时清理发动机积碳等，亦可有效提高发动机的效率。利用多斜孔气膜冷却、浮动壁、多孔层板、陶瓷基复合材料等高效冷却技术，能够大大减小冷却空气量，且能够使燃烧室出口温度较均匀也能达到一定的降低排放效果[8]。

保持机体气动外形完好，提高机身清洁度和光滑度，很大程度上可以降低机身的摩擦阻力进而降低油耗实现减排。在构造设计方面，可通过加装翼梢小翼来降低飞行中的空气阻力，可以减少燃油3%～6%。另外，可通过精确计量乘客行李货物重量，合理配餐、配水，配置合理重量的后勤设备、客舱座椅等来减轻不必要的重量而节佛山到聊城物流约燃油减少排放。飞行员的驾驶技术和操作技巧，对飞机耗油有一定的影响，通过针对性的节油技术培训、制定标准运行程序、增强飞行员的节油意识、有效地组织管理等手段，可提高飞行员的节油水平。然而，更换效率更高的飞机仍然是最有效地降低碳排放和成本的手段，例如波音787油耗比一般机型少15%～20%，显著地减少了排放。

2.2 地面设施的低碳化

地面设施主要包括机场和航空物流中心。机场方面的节能减排可分为七个方面[9]，如图3所示。

航空物流中心实现了航空物流服务的空间与时间节点的功能，其减排的重点在于科学选址与合理布局。科学的选址有利于减排降耗和节约运输成本，过于密集会增加能耗和碳排放，而过于松散则会降低运输效率，增加空载率；合理的布局，可实现物流中心利用率和作业效率的最大化，从而降低能耗和碳排放。其次，物流中心作业的低碳化，如控制物流中心设施设备的能耗，合理使用叉车、输送机、冷冻冷藏库房、办公设备、照明设备等；防止过度包装，做好包装材料回收、加工和再制造工作；减少原料加工、废弃物处理过程中的能源、材料消耗以及污染物排放，做好废弃物的回收利用；普及电子订单，减少纸张浪费和提高运输效率。最后，航空物流中心各种作业的技术创新、引进和改造，也有利于降低能源消耗、环境污染和碳排放。

2.3 地面承运的低碳化

地面运输是连接空中运输、地面设施及客户的纽带，很大程度上决定了航空物流速度快、时效性强的服务质量。在发展机场物流设施低碳化的同时，也要注意地面承运的节能减排。（1）发展多式联运：多式联运是指以空运为衔接，发挥其他运输方式的优势，与其他运输方式结合。与单一的空运相比，多式联运可节约20%～50%的成本，可以最多降低89%的碳排放[10]。（2）发展共同配送：共同配送指多个客户联合起来由第三方物流服务公司来提供配送服务，可以减少运输量，消除重复运输，减少空载率，从而减少能源消耗和对环境的污染。（3）发展先进的运输方式，例如甩挂运输、滚装运输、集装箱运输等，减少车辆空驶和无效运输，促进节能减排。（4）发展新能源运输，尽管在短时间内混合动力、电动和燃料电池汽车等新能源汽车尚不能成为主流，但其代表了产业结构性变革和运输减排的方向。 2.4 信息系统的低碳化

现代航空物流是以信息技术为支撑的物流，建设航空物流信息系统，进行航空物流信息整合，使各类信息能够快速、准确地传递到航空物流的相关主体，对航空物流体系具有重要意义，也是实现航空物流的低碳化发展的重要手段。首先，空管部门应优化空域和航路航线结构，推行航空新技术应用，完善通信、导航、监视等系统，通过加强空管气象服务的建设，提高气象情报的准确性、及时性，为航班选择最佳的进离港方案、制定科学经济的飞行计划、选择合理的绕飞航线、合理安排载货量和载油量等提供依据，使飞机减少空中和地面运行的能耗。其次，按照航空物流各个环节的功能要求，充分利用互联网、物联网、大数据等现代科技手段和综合应用条形码、EDI、射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）以及专业软件等先进物流信息技术，实现空中运输，航空物流中心和机场操作以及地面运输的计划、执行与控制高效节能，降低碳排放。

数据中心是航空物流信息化建设的重要支撑，随着信息技术的高速发展，使数据中心的规模和能耗越来越大。数据中心能耗主要来自于网络设备，空调系统和供配电系统[11]。提高数据中心的节能效果，从系统设备和管理的两个方面实现，两者缺一不可。系统设备要合理设计和选型，例如选择低功耗处理器和服务器、高效的空调系统、节能的供配电和照明系统；管理方面要提高网络设备的利用率，节省网络设备运行数量，空调智能化控制，配置蓄冷系统，使用智能配电系统，与数据中心电负荷相匹配，进行精细化运营管理，减低能耗，达到减排目的。

除以上直接手段以外，也可通过碳抵消、碳税费收取等间接经济措施和市场调节来影响成本来实现间接减排。无论是直接手段还是间接手段，都必须统筹规划，协同发展，不能厚此薄彼。航空物流的低碳化发展任重而道远。首先，航空物流的碳排放需要全球共同治理，各国政治经济发展不平衡，这就导致了一些国际标准、条例和建议措施很难达成一致；其次，航空物流具有高风险，特别是空中运输，必须把安全放在首位，一些先进的技术往往蕴含着潜在的风险，很难短时间、大范围使用。最后，航空物流是一种经济活动，企业要追求利益最大化，而新技术价格一般比较昂贵，企业在面对设备和技术革新时往往犹豫再三，权衡利弊。

3 结 论

由气候变化所引出的航空物流排放问题已经受到高度关注，航空物流的低碳化发展是必然之路，既是机遇又是挑战。机遇是可利用低碳的大环境对航空物流进行产业升级，航空物流的低碳化需要新技术、新材料和新观念，对其又是一个巨大的挑战。航空物流是一个系统工程，其低碳化发展必须从空中运输、地面设施、地面承运和信息系统各环节出发，贯穿整个服务链，大力发展减排技术和提高节能意识。航空组织、各国政府、物流企业、全社会、研究机构要积极参与，构建科学机制，整合资源，才能有效推进航空物流任重而道远的低碳发展。