新冠疫情深刻改變了航空業,也為航空公司應對氣候變化,實現零碳飛行提供了最佳機會。可持續航空燃料(SAF)將是零碳飛行戰略的關鍵所在。

作者:謝喬、沈思文、廖緒昌、Daniel Riefer、陳子

新冠疫情毫無疑問重創了航空業,使其在2020陷入歷史性低谷。

截至2021年5月,雖然國內航空運輸已基本恢復至疫情前水平,但國際航線客運量始終處于超9成的斷崖式下跌困境。至于何時恢復,則取決于疫情形勢以及防控要求等不受行業控制的因素。

從長遠來看,航空業在需求和行業整合方面很可能會經歷結構性變化。這些變化可以為航空業構建低碳未來創造絕佳機會,航司則有望從脫碳困局中突圍。

全球航空業在提高燃油效率上的成績斐然:國際航空運輸協會(International Air Transport Association)的數據顯示,1990年以來,每客公里的燃油消耗量已減少一半。當前的需求危機給那些長期以來希望做出改變的航司提供了契機,在強調燃油效率的同時退役油耗較高的老舊飛機(延伸閱讀:《航司高管面臨的5個問題》)。機隊的年輕化和燃油效率的提高對于脫碳固然重要,但在高速增長的市場,增量總是很輕易地超過存量的減少。碳抵消則是更有前景的領域,在全行業采取必要行動逐步降低自身排放量的過程中,它可以充當過渡手段。

既能實現航空業轉型,又能將行業的增長宏圖與《巴黎協定》溫控目標協調一致,唯一的選擇是使用可持續航空燃料(SAF為sustainable aviation fuel的首字縮寫)。與化石燃料相比,它可將碳排放減少70%甚至接近100%。

雖然可持續航空燃料目前存在價格過高和供應不足等問題,但航司管理層應將其視為脫碳候選方案中頗具前景的一項。為加快推進這一方案,航司可在降低成本的同時,通過有針對性的投資和采購來增加其使用(SAF目前占全球航空燃料總消耗量不足1%)。

由于減碳挑戰涉及業務面非常廣泛,任何解決方案都需要政府、技術公司和供應商等多方發力,關鍵在于創建一套合適的監管框架和激勵機制,避免任何一方孤軍奮戰。

航空業減碳目標

全球航空業已經采取許多措施來應對不斷增長的排放量。2009年,行業便制定了遠大目標,包括從2020年開始實現碳中和增長,以及到2050年將凈排放量減少至2005年的一半。

中國政府提出了2030年碳達峰、2060年碳中和的宏偉目標。航空業的主要企業均為中央國企,實現零碳飛行既是企業自身變革的需要,也是承擔國家使命,創造社會價值的時代機遇。

為實現聯合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change)提出的,所有行業、企業和國家/地區應將全球升溫幅度控制在與前工業化時期相比上升1.5°C以內,包括航空業在內的交通運輸行業正面臨著更大壓力。麥肯錫設想的一組達成1.5°C目標的情景顯示,預計到2030年航空業碳排放將需要減少18%至35%1

技術進步和效率提升

航司正努力協調減排目標和經濟利益,包括積極提高運營效率,投資數十億美元對飛機進行現代化升級,如提升空氣動力學效率和采用輕型材料發動機等。但這些措施對行業的影響比較有限,最多只能將排放量減少20%至30%。

提高燃油使用效率

燃料通常占到運營成本的20%至30%,是航司最大的運營成本項目之一。每千克航空煤油會產生3.15千克CO23,因此航司積極采用燃油效率更高的飛行、滑行和機場運營方案。同時也通過減少額外的燃油載量,并采用輕量化的材料來減輕飛機自重,以提高燃油效率。

我們對航司最近的調查發現,盡管航司往往能夠采取上述措施來提高效率,但卻只發揮了其中50%的潛力。只有少數航司從文化角度成功影響了員工的行為和主觀決策。事實上,這一點至關重要,因為飛行員、飛行簽派員和其他相關員工在準備和實施安全飛行方面有相當大的自主權,對燃油消耗會產生直接影響。

為了提高燃油效率,航司應借助高階分析技術來確定需要改進的細節,并系統化推動一線員工行為的改變。例如,在一個行為學項目中,維珍大西洋航空公司(Virgin Atlantic Airways)成功展示了如何通過微妙的干預來改變飛行員的行為,使之減少燃油使用量。

該航司將全部335名飛行員隨機分成四組,其中一組設置為對照組,另外三個實驗組則被告知參與一項燃油使用研究項目,他們會獲得各自燃油使用情況的反饋,包括針對燃油裝載、飛行優化和滑行效率的月度評估。最終,三個實驗組都比對照組節省了更多的燃料,其中一組作為“社會責任組”被告知如果能夠達標,公司將進行慈善捐贈,該組不但節約了燃油,工作滿意度評分也比其他實驗組高出很多。

發展新型航空器技術

根據Teal公司的數據,僅2018年,各航司在新飛機上的投資就接近1200億美元。現代化的遠程雙發飛機正在取代四發飛機,它配有更加高效的發動機,可將每位乘客的燃油效率提高20%。

中國航司積極推進機隊升級,其中東航引入A350、B787等新一代機型,并在機隊中持續推進飛機小翼加裝和發動機改裝以提升燃油效率;南航機隊平均機齡保持在6.5年左右,同時完成了130臺發動機的節油升級改造,90架飛機加裝了翼尖小翼項目。

航司在制定機隊戰略時,不僅要考慮燃油的預測價格,還應考慮未來的碳成本。如果將碳排放作為一項燃油成本溢價,航司便可加快機隊優化,更快地采用電氣化等未來航空技術。

新一代推進系統(如電力和氫動力)有朝一日或將取代傳統的渦輪動力飛機,特別是執行短途飛行任務的小型飛機。近期,小鵬匯天發布第五代飛行器X2,八組獨立電池可實現35分鐘續航時間,最大飛行速度可達130km/小時。

然而,在未來30年或更長時期,用純電動飛機搭載100名以上乘客似乎不太現實。由于電池的能量密度低于燃油,在目前的技術水平下,飛機需要裝載超過50千克的電池才能等同于1千克燃油所提供的動力。此外,由于電池的重量不會像燃料那樣隨著燃燒而減少,所以在飛行過程中,全程負載如此大的重量也需要消耗能量,對于長途飛行尤其不利。

電力推進可以首先從混合動力或渦輪電力飛行開始,隨著噴氣式發動機變得更小、更輕、耗油量更少,燃油效率將進一步得到提高。

飛機也可以使用氫動力,要么來自直接燃燒(氫渦輪),要么通過燃料電池實現。氫氣在燃燒過程中不會排放CO2,還能顯著抵消其他導致全球變暖的物質,如煤煙、氮氧化物和高空水蒸氣(氫還可以作為SAF的原料,后文將詳細介紹)。

提供碳抵消服務

碳抵消,或稱碳補償,是指通過減少其他地方的碳排放來抵消自身的排放,規模不限,且適用于各行各業。航司正積極參與其中。事實上,航空業有望成為全球植樹造林活動的重要贊助方。

例如,南航推出“綠色飛行,按需用餐”服務,通過提供免餐食兌換積分的選項,幫助旅客實現個人碳抵消。2021上半年,南航實現餐食減重達1,060噸,節約機上燃油約80噸,同時減少因糧食造成二氧化碳排放約2,180噸。后續南航還將推出取消免費行李額等低碳出行服務。另外,南航也將推出線上買樹、線下植樹活動,以抵消航空出行產生的碳排放,實現“碳抵消”,同時將植樹信息同步給旅客,頒發植樹勛章,增強與旅客的互動,提升旅客參與度和成就感。

全球許多航司在國際民用航空組織(International Civil Aviation Organization)發起的國際航空碳抵消和減排計劃(CORSIA)的要求之外,還鄭重作出了碳抵消承諾,并讓客戶自行支付碳抵消成本。但總體而言,只有大約50%的航司為客戶提供抵消飛行排放的機會,而且過程可能很繁瑣,需要跳轉到一個單獨的網站才能進行操作。我們的調查顯示,只有不到1%的乘客會使用自愿碳抵消的服務。

不過,液態氫的體積是煤油的4倍,因此使用液態氫會擠占乘客或貨物的空間。此外,機場還需要新的平行加油設施,包括能夠儲存液態氫的燃料卡車。遠程飛機的加油時間將延長,這會影響登機口和飛機的利用率。未來10年,小型氫動力飛機是可以成為現實的。對于100座級以上的飛機而言,則需大力發展飛機設計和制造技術,同時克服基礎設施方面的限制。

推進可持續航空燃料

可持續航空燃料(SAF)是一種可以實現全面脫碳的解決方案,但其在供應和需求方面都面臨挑戰。SAF燃燒時產生的碳排放量與傳統航空燃料相同,其優勢在于生產過程中可以吸收CO2,因而能將整個生命周期的碳排放量減少70%至100%。

我們的分析發現,在1.5°C控溫目標的路徑下,到2030年SAF必須占到航空燃料的20%。即使允許運輸業在脫碳方面落后于其他行業,也至少應占到10%。

相比之下,先進生物燃料是一個更具可行性的短期方案。用植物油或廢油制造航空燃料的技術可行性已經得到證實,產品也獲得了認證,一些航司甚至已經在日常運營中使用這種燃料。但要獲得合適的原料并構建起供應鏈是很難的,建造生產設施和煉油廠的成本也很高。“地溝油”是一種主流的生物燃料原料,但其來源分散,且收集成本高昂。其他植物油的生產、收集、運輸和燃料轉化成本也都很高。

原料來源不當還可能導致森林砍伐和作物單一等其他環境風險。有關方需謹慎挑選生物燃料的原料來源,以免出現燃料和糧食搶奪資源的情況。

國泰航空(Cathay Pacific Airways)和美國聯合航空(United Airlines)等航司還對垃圾處理設施進行了投資,以展示如何將生活垃圾進行氣化處理,并轉化為航空燃料。在一些地區,用木渣發酵制成可持續航空煤油,也有望成為一種可行的方案。

另外,用氫和捕獲的碳制成的合成燃料,這一方案有望得到大規模使用。這種合成燃料需要水和可再生電力來生產氫,還需使用CO2。目前,這些電力轉液體燃料的成本是傳統煤油的好幾倍,我們預計未來幾年綠氫的成本將顯著降低(通過降低可再生電力和“電解劑”的成本來實現)。作為降本第一步,便可以從鋼鐵、化工、水泥等碳密集行業捕獲CO2廢氣作為原料。

長期而言,想要實現凈零碳排放,則需要從碳循環中提取所需的CO2(即從空氣中直接捕獲)。雖然這一技術目前成本高昂,但未來可通過成本更低廉的可再生電力來加以平衡。

雖然從長遠來看,合成燃料是解決排放問題一個備選答案,但目前還不清楚哪種SAF將成為最終選擇。麥肯錫分析發現,雖然目前SAF的成本相對于煤油來說仍然很高,但在樂觀情景下,其成本會隨著時間的推移逐漸下降,并可能在2030年至2035年間與化石燃料成本趨同(見圖1)。

其實,SAF面臨的是經典的“先有雞還是先有蛋”的困境。目前還沒有可行的商業案例促使航司購買SAF,因此這類燃料的產量很小,規模效應不足,資金投入也不充足(見圖2)。

 

多方合力發展SAF

要推動SAF突破當前發展困局,需要許多相關方共同采取行動。

首先,航司可以牽頭組建一個由技術提供商和石化公司等相關方組成的聯盟,以推動需求,拉低成本。例如,航司可以承諾以預定價格或者跟傳統航空燃油不同的價格購買SAF,以打消燃油供應商對市場風險的顧慮。

第二,金融機構可以提供風險資本來建設SAF生產設施和新的基礎設施,以實現預期的成本控制。建立航司聯盟可以增加需求量,實現規模效應。

航司高管面臨的5個問題

新冠疫情給各行各業帶來了不確定性。以下5個問題可幫助航司高管了解這場危機對脫碳意味著什么,以及可以采取哪些應對措施:

  1. 為了響應國家碳達峰和碳中和目標,以及符合相關國際協定的減碳要求,航司的運力規劃是否需要進行調整?
  2. 新冠疫情帶來的需求危機能否為機隊加速更新換代提供機會?
  3. 通過燃料效率提升來降低成本和減少碳排放的空間還有多大?
  4. 隨著人們氣候變化意識的增強,消費者是否會更加注重低碳出行?
  5. 航空業加速創新,是否存在進入SAF生產相關產業鏈的投資機會?

第三,航司可與愿意支付溢價的B2B客戶合作,為他們提供減少員工碳足跡的機會。如微軟通過推廣SAF并支付成本溢價來減少自身碳足跡。對個人客戶,航司還可以通過忠誠度計劃為使用SAF抵消CO2的客戶提供獎勵。

第四,國家和地區的監管機構將扮演關鍵角色,為SAF的生產制定激勵政策,并設定適當的目標。加拿大和挪威等國家已在朝這個方向推進。監管方還可以通過稅收減免為航空業提供脫碳資金,以縮小傳統煤油和SAF之間的成本差距。

新冠疫情對航空業造成重創。隨著行業逐步走出陣痛,航司將有機會朝著低碳目標更進一步。

航空業在燃油效率和運營方面已經取得很大進步。為達到減排目標,則需要全線提高脫碳水平,而使用SAF是實現這一目標的選擇之一。這就需要各利益相關方采取更大膽的舉措,展開更深入的合作,建立有助于為SAF生產引入資金的金融結構和項目。

航空業的長期資產比重很大,為找到解決方案,積極響應國家碳達峰和碳中和目標,同時符合國際協定設定的減碳要求,現在就應做出決策。

作者:

謝喬是麥肯錫全球董事合伙人,常駐北京分公司;
廖緒昌是麥肯錫全球副董事合伙人,常駐香港分公司;
沈思文 Steve Saxon是麥肯錫全球董事合伙人,常駐深圳分公司;
Daniel Riefer是麥肯錫全球副董事合伙人,常駐慕尼黑分公司;
陳子 是麥肯錫航空業務研究員,常駐上海分公司。

作者在此感謝Alex Dichter、Kimberly Henderson、Robin Riedel、Guenter Fuchs、Nathan Lash、Tapio Melgin、Ole Rolser、Jan Vespermann和Jop Weterings對本文的貢獻。