50多年来中国民航飞机能耗的生态足迹变化

何吉成

交通运输部规划研究院环境资源所, 北京 100028

50多年来中国民航飞机能耗的生态足迹变化

何吉成

交通运输部规划研究院环境资源所, 北京 100028

民航是我国重要的交通运输方式之一, 但我国至今尚无民航运输行业能耗生态足迹的研究报道。基于我国民航飞机能耗统计资料, 计算了 1960—2013年我国民航飞机能耗的生态足迹及其强度变化, 并与铁路机车和道路机动车能耗生态足迹进行了比较。结果表明： (1)从1960年至2013年, 我国民航飞机能耗生态足迹连年增加, 其值由1960年的0.86万hm2增加到2013年的450.97万hm2, 年均增加8.5万hm2。(2)从1960到2013年, 我国民航飞机能耗的生态足迹强度呈逐年降低态势, 其值从1960年的2.09 m2·换算吨公里-1降至2013年的0.66 m2·换算吨公里-1, 年均降低0.027 m2·换算吨公里-1。(3)我国民航飞机能耗的生态足迹远低于机动车能耗的生态足迹, 但逐渐接近并超过铁路机车的能耗生态足迹。

中国民航; 飞机能耗; CO2排放量; 生态足迹

1 前言

民航是我国交通运输体系的重要组成部分, 随着我国经济的快速发展, 近20年来我国民航运输业以每年20%左右的速度递增[1], 我国民航运输总周转量已连续数年位居世界第二位[2], 成为名副其实的航空大国。在民航运输中, 飞机发动机耗用燃油会直接将 CO2排放在万米左右的平流层, 所产生的温室效应要比地面排放大 4倍左右, 对全球变暖的影响更直接、更明显[3], 因此, 其碳排放问题日益受到关注。生态足迹(Ecological Footprint)是指能够持续地提供资源或吸纳废物的、具有生物生产力的土地面积。生物生产力土地包括化石能源用地、耕地、森林、草地、建筑用地和水域 6种类型[4]。在生态足迹分析模型中[4], 可以以吸收化石能源燃烧排放的温室气体CO2所需要的森林来定量表征化石能源的使用对生态环境造成的影响[5]。本研究基于我国民航飞机的飞行燃油消耗等统计数据, 分析50多年来我国民航飞机能耗的生态足迹及其强度变化特点,为我国民航运输业节能降耗工作提供参考。

2 数据来源与分析方法

2.1 数据来源与说明

本研究中民航飞机逐年各种燃油消耗量、货邮周转量和旅客周转量等数据来自我国民航统计部门的年鉴类统计资料[6]。航空燃油分为航空汽油(aviation gasoline)、喷气机汽油(jet gasoline)和喷气机煤油(jet kerosene), 在上世纪60年代我国航空汽油使用较广, 70年代初期以后喷气机煤油大幅使用并取代航空汽油, 80年代初期以后航空汽油仅用于小型飞机并且份额不足航空燃料消耗的 5%, 目前我国航空公司飞机广泛使用的燃料是喷气机煤油,因此我国民航飞机燃油排放CO2包括消耗航空汽油和喷气机煤油导致的CO2排放。

2.2 能耗生态足迹的计算方法

我国民航飞机的能耗生态足迹计算公式如下：

公式(1)中： Ei为i年民航飞机飞行耗用化石能源产生的生态足迹(104hm2), Mi为i年民航飞机消耗的喷气机煤油总量(104t), Qi为i年民航飞机消耗的航空汽油总量(104t), Nm和Nq分别是喷气机煤油和航空汽油的净发热值(TJ·Gg-1), Fm和Fq分别是喷气机煤油和航空汽油的排放因子(kg·TJ-1)。Nm、Nq、Fm和Fq采用《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[7]中给出的缺省参数, 其值分别为44.1 TJ·Gg-1、44.3 TJ·Gg-1、71500 kg·TJ-1和70000 kg·TJ-1。B为森林CO2平均吸收因子(t CO2·hm-2·a-1), 通过森林的 NEP(生态系统碳净积累量)可以算得B值。NEP表征的是单位面积植被1年所固定的碳的数量, 根据谢鸿宇等人的研究[8], 世界森林NEP均值为3.81 t·hm-2, 即森林CO2吸收能力为13.97 t CO2·hm-2·a-1。

2.3 能耗生态足迹强度的计算方法

在民航年度数据统计中, 对旅客周转量(单位：人公里)和货邮周转量(单位： 吨公里)分别进行了统计, 但二者的能耗没能分开进行统计。一般采用运输总周转量来作为反映每年实际完成的旅客、货物周转量的综合指标, 并采用换算吨公里作为计量运输总周转量的单位。过去每位旅客按75 kg来折算,从2001年开始, 采用国际通行的统计口径, 每位旅客按90 kg来折算[6], 为了便于比较, 本研究统一采用90 kg来折算旅客周转量。由于民航飞机能耗统计没有将货运能耗和客运能耗分开进行统计, 在这里, 我们设定民航飞机能耗生态足迹强度为单位运输总周转量的生态足迹。其计算公式为：

公式(2)中： Ii为i年民航飞机能耗的生态足迹强度(m2·换算吨公里-1); Ei为i年民航飞机能耗的生态足迹(104hm2); Ti为i年民航飞机完成的运输总周转量(亿换算吨公里)。

3 我国民航飞机能耗的生态足迹及强度

3.1 能耗生态足迹及强度变化

从1960年到2013年, 我国民航飞机生态足迹不断增长(图1), 由1960年的0.86万hm2增至2013年的450.97万hm2, 年均增长8.5万hm2。我国民航飞机生态足迹变化特征较为明显, 其变化可分为 2个阶段(图 1), 其中 1960—1989年期间的生态足迹一直较小, 年均生态足迹仅为6.5万hm2, 此阶段属于缓慢增长期, 生态足迹年均增长仅有0.76万hm2; 1990—2013年属于快速增长期, 其生态足迹逐年大幅增长, 年均生态足迹达到169.4万hm2, 年均增长高达18.4万hm2, 其中2000年超过100万hm2, 2006年超过200万hm2, 2009年接近300万hm2, 2012年超过400万hm2。从不同年代比较上看(表1), 上世纪60年代年均生态足迹最低, 不到1万hm2, 年均增长也只有0.04万hm2, 本世纪前10年年均生态足迹最高, 达到192.31万hm2, 年均增长20.57万hm2。

图1 民航飞机能耗的生态足迹总量及其强度化Fig. 1 The ecological footprint and its intensity of aircraft of China’s Civil Aviation

表1 不同年代的能耗生态足迹及强度比较Tab. 1 Comparison of the ecological footprints and their intensities of aircrafts in different decades

就生态足迹强度而言, 从1960年到2013年, 我国民航客货运输量不断增大, 但生态足迹强度却呈降低态势(图1), 其值由1960年的2.09 m2·换算吨公里-1降至 2013年的 0.66 m2·换算吨公里-1, 年均降低0.027 m2·换算吨公里-1。我国民航飞机生态足迹强度变化可分为3个阶段(图1), 1960-1972年处于波动上升期, 其值由2.09 m2·换算吨公里-1增至3.16 m2·换算吨公里-1, 年均增长0.089 m2·换算吨公里·1; 1973-1985年属于快速下降期, 其值由3.08 m2·换算吨公里-1降至1.02 m2·换算吨公里-1, 年均降低0.17 m2·换算吨公里-1; 1986-2013年则属于缓慢下降期, 其值由1.02 m2·换算吨公里-1降至0.66 m2·换算吨公里-1, 年均降低 0.013 m2·换算吨公里-1。从不同年代比较上看(表1), 上世纪60年代年均生态足迹强度较高, 为 2.28 m2·换算吨公里-1, 年均增长0.058 m2·换算吨公里-1; 70年代年均生态足迹强度最高, 但年均降低0.13 m2·换算吨公里-1; 本世纪前10年年均生态足迹强度最低, 仅有 0.76 m2·换算吨公里-1, 年均降低0.01 m2·换算吨公里-1。

3.2 与全国机动车的比较

国家环保部对我国机动车部分年份的汽油和柴油消耗量进行了统计[9], 根据汽油和柴油各自的CO2排放因子[10], 可以估算出相应年份的全国机动车能耗生态足迹。结合本文的计算结果可看出(图2),我国民航飞机能耗生态足迹占全国机动车能耗生态足迹的比重较低, 平均比重仅有后者的 4.35%, 但其比重呈上升之势, 由 1980年的 1.13%升至 2008年的5.88%。

图2 民航飞机与机动车的生态足迹比较Fig. 2 Comparison of ecological footprint of aircraft with that of vehicles in China

3.3 与铁路机车的比较

我国铁路机车和民航飞机由国家相应部门统一管理, 其能耗统计数据完整规范。何吉成[11]基于铁路部门的统计数据估算了 1975—2007年中国铁路机车牵引能耗的生态足迹变化, 通过比较可以看出(图 3), 与铁路机车相比, 1991年以前, 民航飞机生态足迹均不到铁路机车的10%, 1975—1990年的平均比例仅有4.3%。随着上世纪90年代民航的快速发展, 民航飞机能耗生态足迹快速增长, 导致民航飞机的生态足迹逐步接近铁路机车, 1999年前者占后者的比例已超过 50%, 2007年是后者的 1.04倍,生态足迹比后者多9.07万hm2。

图3 民航飞机与机动车的生态足迹比较Fig. 3 Comparison of ecological footprint of aircraft with that of vehicles in China

4 讨论与结论

4.1 讨论

根据我国民航“十二五”规划[12], 到 2015 年,我国民航运输总周转量将达到 990 亿吨公里, 如果按照2013年的生态足迹强度(0.66 m2·换算吨公里-1)来估算的话, 2015年我国民航飞机总生态足迹将达到653.4万hm2, 是2013年的1.4倍左右。考虑到生物燃料的可能使用和能源利用效率的不断提高, 届时生态足迹强度应该有一定程度的降低, 因此, 总生态足迹应该要低于653.4万hm2。根据中国民航确定的行业节能减排工作指导思想[13], 我国民航提出到2020年, 单位吨公里二氧化碳排放要比2005年下降22%, 这也表明生态足迹强度要比2005年下降22%, 据此推测, 2020年我国民航飞机的生态足迹强度只有0.59 m2·换算吨公里-1, 目前生态足迹强度已经处于较低水平, 因而此项任务十分艰巨。因此,我国民航运营部门必须从减少燃油消耗和提高燃油效率方面着手, 包括飞行过程和保障环节的节油节能、更新机型和选配能耗更低的新型发动机等措施,并且在经济和技术手段成熟后要逐步推广使用生物燃料。

航空生物燃料在一些性能和指标上甚至要优于传统化石燃料, 从国外试飞数据来看, 对比传统化石航空燃料, 航空生物燃料硫和颗粒物的减排效果基本可以达到100%, 碳排放可以减少60%－80%[13]。中国国际航空公司在2011年10月10日正式加入可持续航空生物燃油用户组(SAFUG), 作为我国首个加入该组织的新成员, 国航承诺支持并推进生物燃油的商业化使用, 以降低所使用燃油的总体碳强度[14], 并于2011年10月28日在北京首都国际机场实施了首次可持续航空生物燃油验证飞行, 这也是全球首次在一个国家内完成生物燃油的原料种植、提炼、验证飞行以及相关评估[14]。但当前航空生物燃料进入大规模的商业使用还有很长的路要走,面临的主要问题是成本太高和统一适航标准, 降低原料成本是在未来的一段时间内, 航空生物燃料实现产业化面临的挑战。

4.2 结论

本研究根据我国民航部门多年的统计数据, 计算了 1960—2013年我国民航飞机逐年能耗生态足迹, 并分析了我国民航飞机能耗生态足迹强度及其变化特点。获得的主要结论有：

(1) 1960年至2013年, 我国民航飞机能耗生态足迹不断增长, 由1960年的0.86万hm2增至2013年的450.97万hm2, 年均增长8.5万hm2。其中1960—1989年生态足迹年均增长仅有0.76万hm2, 1990—2013年年均增长高达18.4万hm2。

(2) 从1960到2013年, 我国民航飞机能耗的生态足迹强度呈逐年降低态势, 其值由1960年的2.09 m2·换算吨公里-1降至2013年的0.66 m2·换算吨公里-1,年均降低0.027 m2·换算吨公里-1。其中1960—1972年年均增长0.089 m2·换算吨公里-1, 1973—1985年年均降低0.17 m2·换算吨公里-1, 1986—2013年年均降低0.013 m2·换算吨公里-1。

(3)与机动车能耗生态足迹相比, 民航飞机能耗生态足迹较小, 平均比重仅有前者的4.35%。与铁路机车相比, 伴随着民航飞机能耗生态足迹的快速增长, 其能耗生态足迹逐步接近并超过铁路机车。

[1] 刘得一. 民航概论[M]. 北京： 中国民航出版社, 2010.

[2] 周丽萍. 中国民航业的发展： 问题与对策[J]. 中国民用航空, 2010, (4)： 28-30.

[3] WTO经济导刊.生物燃料： “绿色航空”新动力[EB/OL]. 2011 [2011-05-13]. http：//www.wtoguide.net/html/2011-05/ 691.html.

[4] WACKERNAGEL M, LEWAN L, HANSSON C B. Evaluating the use of natural capital with the ecological footprint-Applications in Sweden and subregions[J]. AMBIO, 1999, (28)： 604-612.

[5] 何吉成, 徐雨晴, 张春英. 广梅汕铁路电气化改造的生态足迹分析[J]. 生态科学, 2010, 29(5)： 483-486.

[6] 中国民用航空局发展计划司. 从统计看民航(1991—2014)[M]. 北京： 中国民航出版社, 1992-2014.

[7] IPCC. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[M]. Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston, H. S. et al. Eds., IGES, Japan, 2006.

[8] 谢鸿宇, 陈贤生, 林凯荣, 等. 基于碳循环的化石能源及电力生态足迹[J]. 生态学报, 2008, 28(4)： 1729-1735.

[9] 中国人民共和国环境保护部. 中国机动车污染防治年报[EB], 2010.

[10] 王伟光, 郑国光. 应对气候变化报告(2009)： 通向哥本哈根[M]. 北京： 社会科学文献出版社, 2009.

[11] 何吉成. 中国铁路机车牵引能耗的生态足迹变化[J]. 生态学报, 2011, 31(5)： 1412-1418.

[12] 中国民航局. 中国民用航空发展第十二个五年规划(2011年至 2015年)[EB/OL]. 2011 [2011-05-09]. http：// www.caac.gov.cn/I1/I2/201105/t20110509_39615.html.

[13] 新华网. 中国民航生物燃油产业可持续发展战略研究正式启动[EB/OL]. 2011 [2011-10-29]. http：//news.xinhuanet. com/air/2011-10/29/c_122211734.htm.

[14] 民航资源网. 国航加入可持续航空生物燃油用户组(SAFUG) [EB/OL]. 2011 [2011-10-11]. http：//www.cannews. com.cn/2011/1011/151626.html.

Dynamic change in ecological footprint of energy consumption for aircraft in China during in recent 50 years

HE Jicheng
Division of Environment and Resources Research, Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing 100028, China

Although aircrafts have played a great role in transportation in China, there has been no study on ecological footprint of aircrafts of China’s Civil Aviation until now. In this study, the ecological footprint of energy consumption of aircrafts during 1960—2013 was calculated and its intensity and dynamic characteristics were analyzed for the first time, based on the annual aircrafts energy consumption data. The results are as follows. (1) The ecological footprint of energy consumption of aircrafts of China’s Civil Aviation increased from 86 km2in 1960 to 45097 km2in 2013, indicating an increase of 850 km2per year. (2) The intensity of ecological footprint of energy consumption of aircrafts of China’s Civil Aviation decreased from 2.09 m2per converted ton-km in 1960 to 0.66 m2per converted ton-km in 2013, indicating a decrease of 0.027 m2per converted ton-km per year. (3) The ecological footprint of energy consumption of aircrafts of China’s Civil Aviation was far less than that of vehicles, but was close to and exceeded that of locomotives for traction in China railways.

civil aviation of China; energy consumption of aircraft; CO2emission; ecological footprint

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.029

X24

A

1008-8873(2016)01-189-05

2015-01-20;

2015-02-14

何吉成(1976—), 男, 湖北十堰人, 副研究员, 研究方向为交通运输行业环境、能源、自然灾害、温室气体和大气污染物排放等, E-mail：jichenghe@189.cn

何吉成. 50多年来中国民航飞机能耗的生态足迹变化[J]. 生态科学, 2016, 35(1)： 189-193.

HE Jicheng. Dynamic change in ecological footprint of energy consumption for aircraft in China during in recent 50 years[J]. Ecological Science, 2016, 35(1)： 189-193.