飞机的尾迹使地球变暖——这是新的低烟灰燃料如何提供帮助

蓝天,有轨迹线和纤细的卷云。 凝结尾迹跟踪飞机的飞行路径,但也可以散开形成卷云。 丹尼尔·阿尔巴赫/Shutterstock

虽然航空占 所有排放量的2.4% 从全球化石燃料的使用来看,该行业三分之二的变暖效应取决于其二氧化碳排放以外的其他因素。 航空业导致全球变暖的最重要方式之一是通过飞机在高层大气中形成的云层。

在一项新研究中,研究人员已经表明,飞机通常燃烧的煤油的替代燃料可以提供帮助。

在大气足够寒冷和潮湿的巡航高度,飞机尾迹会形成凝结尾迹(凝结尾迹的简称)。 这些是由冰晶组成的云,最初是由飞机发动机的烟尘和水排放物产生的——在晴朗的日子里,您可能会看到它们是天空中的白色、浮肿的条纹。 当高海拔地区的大气特别寒冷潮湿时,这些​​线状的凝结尾迹可以持续数小时并蔓延开来,形成巨大的卷云网,看起来像一缕白发。

这些云将太阳辐射反射回太空,冷却大气,但它们也可以捕获从地球反射的红外辐射。 这个过程最终使大气变暖,因为变暖效应超过了冷却效应。 这是 计算 成为航空业当前最大的变暖效应——几乎是历史二氧化碳排放量的两倍。

减少飞机尾迹对气候的影响将取决于最大限度地减少飞机尾气中的烟尘颗粒。 飞机尾气羽流过去常常冒烟,因为它们含有大量烟尘。 现代发动机旨在减少烟尘排放的重量,但形成的冰晶的大小和数量取决于大量的颗粒烟尘。 通过清洁飞机尾气可以实现的目标只有这么多——未来的努力必须集中在燃料本身上。

天然存在于煤油等飞机化石燃料中的萘等杂质被称为芳香族化合物。 这些是碳环状化学结构,形成烟灰颗粒的构建块。 生物燃料 由农作物和废弃植物油制成,以及使用可再生电力、氢气和二氧化碳制成的合成燃料,旨在减少飞行的碳足迹。

这些燃料中没有芳香族杂质,这意味着 更少的烟灰颗粒 燃烧时生成。 在这项新研究中,研究人员发现它们在飞行过程中还会在大气中产生更少(但更大)的冰晶。 这反过来又使它们形成的凝结尾迹和卷云对地球的温暖程度降低。

飞行的未来

目前,飞机只能使用煤油或煤油-生物燃料混合物来加油。 这篇新论文的作者发现,混合含有低芳烃杂质的燃料可以减少 50% 到 70% 的冰晶形成。 在另一篇论文中,研究人员 都曾预测 这相当于将凝结尾迹的整体变暖效应降低了大约 20%-50%。 在未来的某个时候,航班可能会被允许使用纯生物燃料,因此航空引起的变暖的潜在减少可能会更大。

新研究的结果表明,可持续燃料混合物为降低航空的二氧化碳排放量和轨迹卷云的产生提供了双赢的局面。

其他解决方案,例如电动飞行,可能只适用于非常短的航线。 即使是氢燃料飞机也可能只能用于管理中距离。 这两种技术都需要十多年的时间才能成熟,然后才能被引入全球机队。 在可预见的未来,长途航空很可能依赖液体煤油类燃料。

另一种选择是飞行员避开更容易形成凝结尾迹的大气部分。 但是,在逐个航班的基础上,导航以避开这些区域几乎肯定会增加航班的二氧化碳排放量。 天气模型也 无法预测 以足够的精度形成凝结尾迹的区域。

当然,以足够的规模开发和分配生物燃料和合成燃料的财务成本可能会很大,并可能增加飞行成本。 很有可能,政府需要强制要求逐步淘汰化石煤油,并为航空公司改用提供大量激励措施。 但是让飞行脱碳的时间已经不多了,这是航空公司可以立即开发以减少行业整体气候影响的有效选择。

关于作者

David Simon Lee,曼彻斯特城市大学大气科学教授、航空和气候研究小组负责人

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