淺談航空物流低碳化發展

何霞

摘 要：低碳已成為航空物流的新熱點。文章介紹了航空物流、低碳的演化和航空物流的碳排放。有針對性地探討了空中運輸、地面設施、地面承運和信息系統等環節的低碳化措施。航空物流的低碳化發展必須要貫穿整個服務鏈，多方合作，還有很長的路要走。

關鍵詞：航空物流；低碳；節能減排；措施

中圖分類號：F560 文獻標識碼：A

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

氣候變化成為全球關注的緊迫性問題，節能減排和可持續發展是國際社會的共同責任。物流是當今一種重要的經濟活動，即是能源消耗大戶，又是碳排放大戶。航空物流作為現代物流的五個子系統之一，與水路、公路、鐵路和管道運輸共同構成整個現代物流系統。在這五種交通運輸方式中，航空運輸的單位能耗最高[1]，而且由于航空運輸活動向大氣排放的二氧化碳、硫化物、氮氧化物、煤煙顆粒等有害物質位于平流層高空，此高度的排放更難以被植物吸收，并且由于航空運輸跨空間大的特性，使得航空排放比其他運輸方式的排放對氣候變化造成的影響更大，也更加直接[2]。因此，航空物流的低碳化發展成為全球焦點，對行業競爭力的提升、可持續發展的實現具有重要的意義。本文從航空物流服務鏈出發，有針對性地探討航空物流各個環節的低碳化發展措施。

1 航空物流與低碳理念

航空物流是指以航空運輸為主要運輸形式，借助現代信息技術，連接供給主體和需求主體，使物品從起點至終點及相關信息有效流動的全過程，可以概括為空中運輸、地面設施（航空物流中心和機場等）、地面承運和信息系統四大模塊構成的完整服務鏈，如圖1所示。航空物流具有其他運輸方式不可比擬的運輸速度、廣度、安全和高效，同時又可以分區域制定統一費率；另外，航空物流還具有隨時間和季節波動性較大、運輸單向性、流程復雜等特點。目前，航空運輸量正迅速增長，2005

～2025年世界運輸預計年均增長4.6%（以實際旅客公里計），國內運輸有望年均增長3.4%，而國際運輸有望年均增長5.3%[3]。根據國際民航組織最新發布的數據，2015年4月，全球航空運輸收入旅客公里比2014年4月增長5.9%，全球貨運業務增長同比增長3.3%，全球航空運輸可用座公里同比增長了6.1%，全球航空運輸載運率達到79.4%，同比增長0.5%[4]。航空業快速發展的同時，自身存在的排放、污染等環境問題日益顯現，不僅增加航空運輸業的外部成本，而且對社會的可持續發展產生較大的負面影響。航空物流示意圖如圖1所示。

隨著世界經濟的發展和人口的劇增，二氧化碳排放量越來越大，氣候和環境問題越來越嚴重，引起全世界的高度關注。1990年第45屆聯合國大會決定制定《聯合國氣候變化框架公約》，1997年在日本京都通過了人類歷史上首次有法律約束力的溫室氣體減排的國際公約——《京都議定書》，2007年在印尼通過了“巴厘島路線圖”，2009年在哥本哈根舉行的第十五屆聯合國氣候變化大會推動了更多國家領導人、高層政府官員更加認真看待和解決氣候變化問題，制定了《哥本哈根協議》，最近2014年12月利馬氣候大會達成了《利馬氣候行動號令》（Lima Call for Climate Action），這些無不反映了國際社會對氣候問題的重視。隨著國際會議的深入，節能減排和低碳也進入了高速發展時期。低碳，指較低（更低）的溫室氣體（二氧化碳為主）排放。如今，圍繞“低碳”已經形成了一系列低碳概念，并演變為低碳發展的科學體系，以低能耗、低污染、低排放為目標，以能源技術及節能減排技術為核心，以保護自然資源和環境為出發點，不斷優化產業結構和進行制度創新，以實現健康可持續性發展的道路。

按照政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2007發布的第四次評估報告（AR4），航空運輸CO2排放占全球CO2排放的2%，如果考慮到其他相關飛機引擎排放，如凝結尾、卷云等，其排放占由人類活動引起的溫室效應的3%。但是，全球航空運輸將有4%～5%的年增長，預示著未來全球航空排放將繼續增加，到2050年，航空運輸業的排放將占總溫室氣體排放的5%[5]。由于航空運輸的跨國界性及高空氣流的運動，航空高空排放不局限于一國空域之內，產生全球性影響。歐盟在2008年7月把航空業納入歐盟碳排放交易體系（ETS），并于2009 年8月，公布了一份包含2 000多家航空公司的名單，這些航空公司在2012年起都被納入歐盟的排放交易體系，如果排放超限，將征收碳排放稅。盡管此計劃引起很多爭議，但是反映出航空運輸的發展趨勢——低碳化。而全球變暖令飛機起飛更加困難，為飛機負載帶來更加嚴格的限制。較高的氣溫會使空氣密度變小，因而降低機翼的升力，由于較重的飛機更難提速，在較熱的天氣條件下需要更長的跑道才能達到起飛所需的最低速度。但是如果跑道不夠長，飛機就需要減少載重量[6]。所以，航空運輸與氣候變化是相互聯系、相互影響的，航空運輸的減排尤為重要。航空物流不僅僅包括航空運輸，還包括承接地面運輸及地面設施，航空物流的減排降耗是當務之急。

2 航空物流的低碳化策略

面對越來越高的“減排呼聲”，2009 年，國際航空運輸協會（IATA）提出了三大目標：到2020年，每年燃油效率提高1.5%；從2020年起，排放實現零增長；到2050年，碳的凈排放量比2005年減少50%，并提出了四大支柱策略：（1）新技術（更有效的飛機構架、引擎和設備，可持續性的生物燃料，新能源）；（2）高效的運營（高效率的駕駛和輕的重量）；（3）有效的基礎設施（改善航線、空中交通管理和機場程序）；（4）積極的經濟手段（碳補償，全球排放貿易）[5]，如圖2所示，在這四大策略中，每一項都不是獨立的，而是相輔相成的，新技術是實現減排目標的關鍵因素。

航空物流的低碳化發展不僅僅是空中運輸的減排，還包含地面設施、地面承運和信息系統的減排，必須從完整的服務鏈考慮，結合國際航空運輸協會提出的四大支柱策略，逐一分析其低碳化措施。

2.1 空中運輸的低碳化

空中運輸是航空物流最主要的部分，也是節能減排的重中之重。從20世紀70 年代以來，盡管由于飛機和引擎技術的不斷提高，飛機發動機的燃燒效率已經提高了70%，但是相對航空業的快速發展，這種進步所帶來的低碳成效仍顯得捉襟見肘。各航空企業不斷尋求節油技術和降低碳排放的手段，例如：新型燃料、引擎、機身設計等等。

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個重要來源。在減排壓力之下，航空公司開始嘗試使用可替代燃料（合成燃料和生物燃料）和新能源。早在20世紀20年代德國科學家發明了“費托工藝”（Fischer-Tropsch）來人工合成燃料。新型的航空合成燃料是由標準航空燃油和其他燃料，如天然氣等混合而成，其優勢表現為：能夠降低50%左右的CO2排放量；實現了動力燃料來源的多元化；提高航空燃油的性能指標；單位價格比標準航空燃油低；它能夠直接使用原來燃料系統，具有很好的通用性。另一可替代燃料是生物燃料，泛指由生物質組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源開發利用的重要方向。生物燃料原料來源主要分為幾類：（1）是大豆和油菜籽等油料作物；（2）油棕、黃連木、麻風樹等油料林木果實；（3）工程微藻等油料水生植物；（4）動物油脂、廢餐飲油等為原料[2]。生物燃油的使用可以降低CO2排放量高達90%，但是生物燃油也面臨一些重要問題：成本昂貴，約為傳統航空燃油的3～4倍；需要大面積種植能源作物，與糧爭地、與人爭地，可能影響到糧食安全問題等。盡管合成燃料和生物燃料能夠顯著地減少航空運輸的碳排放，更小排放或無排放的新能源飛機也吸引了許多研究，如燃料電池飛機、太陽能飛機、核電飛機等，受制于技術、成本和安全問題，新能源飛機有待于進一步研究和推廣。

發動機是飛機的核心，決定著飛機的經濟性，它的排放問題與其安全性、經濟性、可靠性和維修性同等重要。航空發動機的排放主要與燃燒室的結構設計和工作狀態有關。降低航空發動機排放量最實用的方法，是通過改進燃燒室部件，將燃燒室中的燃油與空氣的比例以及燃燒溫度控制在合理的范圍之內。控制發動機排放的方法有：（1）在常規燃燒室采用污染排放控制，例如：調整滯留時間和溫度、改變回流方式、調整主燃區當量比、運用準分級富油燃燒—猝熄—貧油燃燒（RQL）燃燒室技術等；（2）采用非常規燃燒室進行污染排放控制，如分級燃燒、貧油低NOx 技術[7]。另外，對發動機部件進行結構優化設計和使用輕質先進的材料，合理簡化和減重，及時清理發動機積碳等，亦可有效提高發動機的效率。利用多斜孔氣膜冷卻、浮動壁、多孔層板、陶瓷基復合材料等高效冷卻技術，能夠大大減小冷卻空氣量，且能夠使燃燒室出口溫度較均勻也能達到一定的降低排放效果[8]。

保持機體氣動外形完好，提高機身清潔度和光滑度，很大程度上可以降低機身的摩擦阻力進而降低油耗實現減排。在構造設計方面，可通過加裝翼梢小翼來降低飛行中的空氣阻力，可以減少燃油3%～6%。另外，可通過精確計量乘客行李貨物重量，合理配餐、配水，配置合理重量的后勤設備、客艙座椅等來減輕不必要的重量而節約燃油減少排放。飛行員的駕駛技術和操作技巧，對飛機耗油有一定的影響，通過針對性的節油技術培訓、制定標準運行程序、增強飛行員的節油意識、有效地組織管理等手段，可提高飛行員的節油水平。然而，更換效率更高的飛機仍然是最有效地降低碳排放和成本的手段，例如波音787油耗比一般機型少15%～20%，顯著地減少了排放。

2.2 地面設施的低碳化

地面設施主要包括機場和航空物流中心。機場方面的節能減排可分為七個方面[9]，如圖3所示。

航空物流中心實現了航空物流服務的空間與時間節點的功能，其減排的重點在于科學選址與合理布局。科學的選址有利于減排降耗和節約運輸成本，過于密集會增加能耗和碳排放，而過于松散則會降低運輸效率，增加空載率；合理的布局，可實現物流中心利用率和作業效率的最大化，從而降低能耗和碳排放。其次，物流中心作業的低碳化，如控制物流中心設施設備的能耗，合理使用叉車、輸送機、冷凍冷藏庫房、辦公設備、照明設備等；防止過度包裝，做好包裝材料回收、加工和再制造工作；減少原料加工、廢棄物處理過程中的能源、材料消耗以及污染物排放，做好廢棄物的回收利用；普及電子訂單，減少紙張浪費和提高運輸效率。最后，航空物流中心各種作業的技術創新、引進和改造，也有利于降低能源消耗、環境污染和碳排放。

2.3 地面承運的低碳化

地面運輸是連接空中運輸、地面設施及客戶的紐帶，很大程度上決定了航空物流速度快、時效性強的服務質量。在發展機場物流設施低碳化的同時，也要注意地面承運的節能減排。（1）發展多式聯運：多式聯運是指以空運為銜接，發揮其他運輸方式的優勢，與其他運輸方式結合。與單一的空運相比，多式聯運可節約20%～50%的成本，可以最多降低89%的碳排放[10]。（2）發展共同配送：共同配送指多個客戶聯合起來由第三方物流服務公司來提供配送服務，可以減少運輸量，消除重復運輸，減少空載率，從而減少能源消耗和對環境的污染。（3）發展先進的運輸方式，例如甩掛運輸、滾裝運輸、集裝箱運輸等，減少車輛空駛和無效運輸，促進節能減排。（4）發展新能源運輸，盡管在短時間內混合動力、電動和燃料電池汽車等新能源汽車尚不能成為主流，但其代表了產業結構性變革和運輸減排的方向。

2.4 信息系統的低碳化

現代航空物流是以信息技術為支撐的物流，建設航空物流信息系統，進行航空物流信息整合，使各類信息能夠快速、準確地傳遞到航空物流的相關主體，對航空物流體系具有重要意義，也是實現航空物流的低碳化發展的重要手段。首先，空管部門應優化空域和航路航線結構，推行航空新技術應用，完善通信、導航、監視等系統，通過加強空管氣象服務的建設，提高氣象情報的準確性、及時性，為航班選擇最佳的進離港方案、制定科學經濟的飛行計劃、選擇合理的繞飛航線、合理安排載貨量和載油量等提供依據，使飛機減少空中和地面運行的能耗。其次，按照航空物流各個環節的功能要求，充分利用互聯網、物聯網、大數據等現代科技手段和綜合應用條形碼、EDI、射頻識別（RFID）、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）以及專業軟件等先進物流信息技術，實現空中運輸，航空物流中心和機場操作以及地面運輸的計劃、執行與控制高效節能，降低碳排放。

數據中心是航空物流信息化建設的重要支撐，隨著信息技術的高速發展，使數據中心的規模和能耗越來越大。數據中心能耗主要來自于網絡設備，空調系統和供配電系統[11]。提高數據中心的節能效果，從系統設備和管理的兩個方面實現，兩者缺一不可。系統設備要合理設計和選型，例如選擇低功耗處理器和服務器、高效的空調系統、節能的供配電和照明系統；管理方面要提高網絡設備的利用率，節省網絡設備運行數量，空調智能化控制，配置蓄冷系統，使用智能配電系統，與數據中心電負荷相匹配，進行精細化運營管理，減低能耗，達到減排目的。

除以上直接手段以外，也可通過碳抵消、碳稅費收取等間接經濟措施和市場調節來影響成本來實現間接減排。無論是直接手段還是間接手段，都必須統籌規劃，協同發展，不能厚此薄彼。航空物流的低碳化發展任重而道遠。首先，航空物流的碳排放需要全球共同治理，各國政治經濟發展不平衡，這就導致了一些國際標準、條例和建議措施很難達成一致；其次，航空物流具有高風險，特別是空中運輸，必須把安全放在首位，一些先進的技術往往蘊含著潛在的風險，很難短時間、大范圍使用。最后，航空物流是一種經濟活動，企業要追求利益最大化，而新技術價格一般比較昂貴，企業在面對設備和技術革新時往往猶豫再三，權衡利弊。

3 結 論

由氣候變化所引出的航空物流排放問題已經受到高度關注，航空物流的低碳化發展是必然之路，既是機遇又是挑戰。機遇是可利用低碳的大環境對航空物流進行產業升級，航空物流的低碳化需要新技術、新材料和新觀念，對其又是一個巨大的挑戰。航空物流是一個系統工程，其低碳化發展必須從空中運輸、地面設施、地面承運和信息系統各環節出發，貫穿整個服務鏈，大力發展減排技術和提高節能意識。航空組織、各國政府、物流企業、全社會、研究機構要積極參與，構建科學機制，整合資源，才能有效推進航空物流任重而道遠的低碳發展。

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