Zielone lotnictwo dopiero w drugiej połowie XXI wieku

Na przestrzeni dziesięcioleci wielkość ruchu lotniczego – definiowana jako przebyty pasażerokilometr (RPK) – skoczyła o rzędy wielkości: prawie 300-krotnie od 1950 r. i 75-krotnie od 1960 r. (dane Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego – ICAO). W konsekwencji wzrosły także emisje lotnicze: od 1960 r. prawie siedmiokrotnie, a od 1970 r. trzykrotnie. Lotnictwo odnotowało jednak ogromną poprawę wydajności. W 2018 r. na RPK wyemitowano około 125 gramów CO₂. W 1960 r. było to jedenaście razy więcej, a w 1950 r. dwudziestokrotnie więcej. Zmiana ta wynika z udoskonalenia konstrukcji samolotów, poprawy efektywności paliwowej, zwiększenia gabarytów samolotów (pozwalających na przewóz większej liczby pasażerów) oraz wzrostu współczynnika wykorzystania miejsc pasażerskich (z 61 proc. w 1950 r. do 82 proc. w 2018 r.).

Emisyjność lotnictwa

Lotnictwo odpowiada za ok. 12 proc. emisji pochodzących z transportu i ok. 2,5 proc. światowych emisji CO₂, ale jego ogólny wkład w zmiany klimatu jest większy. Dzieje się tak dlatego, że poza emisją CO₂ ze spalania paliwa, samoloty powodują wzrost stężenia innych gazów i zanieczyszczeń w atmosferze. Uwalniają również tlenki azotu, tlenki siarki, parę wodną oraz smugi kondensacyjne – sztuczne chmury powstające, gdy para wodna skrapla się wokół sadzy z wydechu samolotu na dużych wysokościach. Wszystko to zwiększa ilość ciepła uwięzionego w atmosferze i oddziałuje na klimat. Co ciekawe, uwalniane na dużych wysokościach emisje lotnicze mają od dwóch do czterech razy większy wpływ na klimat niż porównywalne emisje naziemne. Oddziaływanie lotnictwa na globalne ocieplenie obrazuje tzw. wymuszanie radiacyjne – wielkość mówiąca o tym, jak zmienia się bilans radiacyjny Ziemi w związku ze wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych (różnica między energią przychodzącą a energią wypromieniowaną z powrotem w kosmos). Lotnictwo odpowiada za około 3,5 proc. efektywnego wymuszania radiacyjnego, czyli 3,5 proc. ocieplenia. Chociaż najwięcej uwagi poświęca się CO₂, to odpowiada on za około jedną trzecią tego ocieplenia. Dwie trzecie (66 proc.) wynika z innych czynników niż CO₂, w czym smugi kondensacyjne mają największy udział.

Emisje z lotnictwa podwoiły się od połowy lat 80. XX w., ale rosły w podobnym tempie, jak całkowita emisja CO_2. Oznacza to, że ich udział w globalnych emisjach był stosunkowo stabilny. Przed kryzysem COVID-19 Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego przewidywała, że do 2050 r. emisje z lotnictwa międzynarodowego mogą się potroić w porównaniu z 2015 r. Obecnie pasażer lecący z Lizbony do Nowego Jorku i z powrotem generuje mniej więcej taki sam ślad węglowy, jak przeciętny mieszkaniec UE, ogrzewający swój dom przez cały rok. W ciągu 11-godzinnej podróży samochodem (ok. 1045 km) auto osobowe, przy pełnym wykorzystaniu miejsc, zużywa w przeliczeniu na jednego pasażera poniżej 14 kg paliwa. W ciągu tych samych 11 godzin w samolocie pokonuje się odległość ok. 8850 km, a średnia ilość paliwa spalonego na każdego pasażera przekracza 300 kg (przy założeniu, że samolot jest pełny).

Paliwo lotnicze wolne od podatku

Sektor lotniczy nie nadąża za globalnymi celami klimatycznymi, choć coraz trudniej mu trzymać się z dala od globalnej kampanii przeciwko zmianom klimatycznym. Kryzys klimatyczny sprawił, że zasada „zanieczyszczający płaci” stała się faktem w wielu sektorach gospodarki – poza lotnictwem. Próżno szukać wzmianki o lotnictwie transgranicznym w Porozumieniu Paryskim w sprawie zmian klimatu z 2015 r. Wynika to z trudności w przypisywaniu odpowiedzialności za emisje podczas lotów międzynarodowych, w których przewoźnik pochodzący z jednego kraju leci z drugiego kraju do trzeciego. Lotnictwo międzynarodowe nie figuruje w wykazach ani emisji, ani celów emisyjnych poszczególnych państw. To oznacza, że mają one niewielką motywację do redukcji emisji. Nie brak jednak głosów, że lotnictwo musi w końcu odegrać uczciwą rolę w osiągnięciu celów określonych podczas Konferencji Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu, Paryż 2015 – COP21 (21st Conference of the Parties).

Sposobem na zmniejszenie udziału lotnictwa w globalnym ociepleniu byłoby opodatkowanie go w taki sposób, aby ograniczyć podróże. Na to jednak nie ma zgody ani pasażerów, ani linii lotniczych, ani wreszcie samych państw. Na całym świecie paliwo lotnicze jest zwolnione z podatku, co ostro krytykują ekolodzy. Przywilej ten pochodzi jeszcze z 1944 r., kiedy kraje będące stronami Konwencji chicagowskiej zgodziły się promować międzynarodowe lotnictwo cywilne, które miało przyczynić się do budowania zaufania, przyjaźni i zrozumienia między narodami. Od tego czasu liczba lotów wielokrotnie skoczyła i trend ten będzie kontynuowany. W Europie spodziewamy się wzrostu o 53 proc. do 2040 r. – prognozuje Organizacja ds. Bezpieczeństwa Żeglugi Powietrznej.

Z kolei z danych Eurostatu wynika, że w 2017 r. jedna na sześć podróży w UE odbywała się samolotem, a 82 proc. z tych podróży nie było związanych z działalnością gospodarczą. To sprawia, że dyskusja o opodatkowaniu nafty lotniczej nabrała tempa. Z raportu opracowanego na zlecenie Komisji Europejskiej w 2019 r. wynika, że gdyby UE nałożyła podatek w wysokości 330 euro na tysiąc litrów nafty, to ślad węglowy lotnictwa spadłby o 11 proc., ceny biletów wzrosłyby o 10 proc., a zatrudnienie w sektorze lotniczym zmniejszyłoby się o 11 proc. Opodatkowanie jest jednak domeną zastrzeżoną dla kompetencji państw członkowskich, dlatego Komisja Europejska ma związane ręce.

Unijna Dyrektywa w sprawie opodatkowania energii zezwala państwom członkowskim na nakładanie podatku na paliwo lotnicze wykorzystywane w lotach krajowych, a także w strefie Europejskiego Obszaru Gospodarczego, pod warunkiem, że zainteresowane kraje zawarły w tym celu dwustronną umowę. Z wyjątkiem Holandii, która praktycznie nie ma lotów krajowych, żadne inne państwo tego nie zrobiło. Jednostronne działania poszczególnych państw członkowskich byłyby problematyczne. Linie lotnicze przypuszczalnie praktykowałyby wtedy turystykę paliwową, tankując benzynę za granicą. Ruch lotniczy to biznes międzynarodowy, dlatego jednostronne rozwiązania nie mają sensu. Podatki paliwowe na loty krajowe nakładają jednak niektóre pozaeuropejskie państwa, w tym Kanada, Japonia, Arabia Saudyjska i Stany Zjednoczone.

System EU ETS tylko w EOG

Europejski Zielony Ład określa potrzebę ograniczenia emisji pochodzących z transportu o 90 proc. do 2050 r. (w porównaniu z poziomami z 1990 r.). Sektor lotniczy będzie musiał dołożyć się do tego celu. Od 2012 r. emisje CO₂ z lotnictwa były objęte unijnym systemem handlu emisjami. W ramach EU ETS wszystkie linie lotnicze operujące w Europie, zarówno europejskie, jak i pozaeuropejskie, były zobowiązane do monitorowania i raportowania swoich emisji. W 2016 r. UE postanowiła jednak ograniczyć zakres EU ETS do lotów w obrębie Europejskiego Obszaru Gospodarczego w oczekiwaniu na opracowanie przez Organizację Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego (ICAO) globalnego instrumentu, mającego na celu ograniczenie emisji CO₂ z lotnictwa międzynarodowego.

CORSIA

Rzeczywiście w 2016 r. przedstawiciele rządów, przemysłu i społeczeństwa obywatelskiego, pod auspicjami ICAO, uzgodnili mechanizm kontroli emisji CO₂ z lotnictwa międzynarodowego, znany jako CORSIA. Ma on na celu ustabilizowanie emisji dwutlenku węgla na poziomie z 2020 r. poprzez wymaganie od linii lotniczych zrównoważenia wzrostu emisji po 2020 r. CORSIA odchodzi od mozaiki krajowych i regionalnych inicjatyw regulacyjnych. W ramach programu linie lotnicze kupują tzw. offsety – sadzenie drzew, inwestowanie w farmy fotowoltaiczne lub dystrybucję pieców niskoemisyjnych – w celu zadośćuczynienia za nadmierny wzrost emisji CO₂ powyżej uzgodnionego limitu. Minimalizuje to zakłócenia rynku przy jednoczesnym poszanowaniu szczególnych okoliczności i możliwości państw członkowskich ICAO. Eksperci branży twierdzą, że jest to rozwiązanie lepsze niż podatki czy zakup uprawnień do emisji CO₂, które nie są korzystne dla klimatu, a jedynie przenoszą ruch lotniczy na jego lądową konkurencję.

Wdrażanie CORSIA rozpoczęło się od fazy pilotażowej (2021–2023), po której nastąpi pierwsza faza (2024–2026). Udział w obu tych wczesnych etapach będzie dobrowolny, a w kolejnej fazie (2027–2035) wezmą udział wszystkie państwa. Niektóre wyjątki zostały zaakceptowane dla krajów najsłabiej rozwiniętych (LDC), małych rozwijających się państw wyspiarskich (SIDS), rozwijających się krajów śródlądowych (LLDC) i państw o bardzo niskim poziomie międzynarodowej działalności lotniczej. Szacuje się, że w okresie 2021–2035 program zrekompensuje około 80 proc. emisji powyżej poziomów z 2020 r. Jest jednak poważne „ale”: CORSIA nie będzie obejmować lotów krajowych, które generują ponad jedną trzecią emisji sektora.

Dekarbonizacyjne technologie przyszłości

W przeciwieństwie do wielu innych sektorów wysiłki na rzecz dekarbonizacji lotnictwa dopiero raczkują. Można tylko spekulować, która z technologii ma realne szanse na zmaterializowanie idei „zielonego lotnictwa”. Zwolennicy lotu napędzanego wodorem zwracają uwagę, że ten pierwiastek zawiera dużo energii wolnej od węgla. Tyle że wodór potrzebuje przestrzeni do magazynowania i wymagałby kosztownych zmian w konstrukcji samolotu, a także w infrastrukturze naziemnej. Spalanie wodoru nie powoduje emisji gazów cieplarnianych. Proces tworzenia wodoru jest jednak czysty tylko wtedy, gdy wykorzystywana energia jest odnawialna. Pojawiają się pewne koncepcje projektowe – dla przykładu Airbus ogłosił plany oddania do użytku pierwszego bezemisyjnego samolotu wykorzystującego wodorowe ogniwo paliwowe w perspektywie 2035 r. Holenderskie konsorcjum planuje natomiast odbyć w 2028 r. pierwszy na świecie komercyjny lot samolotem turbośmigłowym, napędzanym wodorem, z 40–80 miejscami na pokładzie. Druga opcja to zrównoważone paliwo lotnicze (tzw. SAF), które można wytwarzać poprzez poddanie recyklingowi CO₂, który został wchłonięty przez biomasę, lub syntetycznie w procesie wychwytywania węgla bezpośrednio z powietrza i łączenia go z wodorem. Amerykańska administracja prezydenta Joe Bidena uczyniła produkcję SAF z biomasy jednym ze swoich priorytetów. Inni opowiadają się za sekwestracją CO₂ – czyli odfiltrowywaniem CO₂ generowanego przez przemysł przed jego uwolnieniem do atmosfery i składowaniem go w głębokich strukturach geologicznych.

Elektryczne samoloty

Elektryfikacja w lotnictwie może się ziścić, ale prawdopodobnie obejmie tylko małe samoloty z uwagi na ograniczony zasięg i moc (akumulatory lub zbiorniki paliwa wodorowego musiałyby być znacznie większe i cięższe niż współczesne silniki spalinowe). Mało kto daje jednak wiarę, że jest ona przyszłością lotnictwa – z wyjątkiem tych, którzy zainwestowali miliardy dolarów w startupy rozwijające ideę elektrycznych lotów.

W 2016 r. po raz pierwszy zaczęto zwracać uwagę na elektryczne samoloty, które startują i lądują w płaszczyźnie pionowej (tzw. eVTOL). Wówczas Uber Elevate, odnoga znanej platformy obsługującej przejazdy i dostawy żywności, opublikował artykuł, w którym przedstawił małe samoloty napędzane odnawialną energią elektryczną, sugerując, że dzięki masowej produkcji takie jednostki staną się niedrogą formą codziennego transportu dla mas, nawet tańszą niż samochód. Trzy lata później bank Morgan Stanley przedstawił prognozę, że do 2040 r. rynek autonomicznych samolotów miejskich może być wart 1 bln dol. oraz że eVTOL mogą mieć równie dramatyczny wpływ na transport, jak samochody na początku XX w. i samoloty pasażerskie po drugiej wojnie światowej. Przy pełnym naładowaniu eVTOL może pokonać niecałe sto kilometrów. United Airlines jako pierwsza linia lotnicza zainwestowała w dwie różne firmy produkujące samoloty typu eVTOL: amerykańską (Archer) i brazylijską (Eve Air Mobility).

Spośród wszystkich opracowywanych obecnie technologii paliwowych akumulatory elektryczne oferują zdecydowanie najmniejszą moc przy największej masie. Kilogram benzyny zawiera 13 kilowatogodzin energii, a kilogram baterii litowo-jonowej mieści 0,3 kilowatogodziny. Silniki elektryczne są jednak od dwóch do trzech razy bardziej wydajne niż silniki spalinowe. Dzięki postępom w pracach badawczo-rozwojowych akumulatory litowo-jonowe zyskują średnio około 4 proc. energii każdego roku. Naukowcy z QuantumScape, amerykańskiego startupu, który ma laboratorium na Uniwersytecie Carnegie Mellon w Pittsburghu, twierdzą, że około 2050 r. akumulatory litowo-jonowe będą w stanie zasilić wąskokadłubowy samolot A320 lub Boeing 737. Trzeba jednak pamiętać, że linie lotnicze rutynowo tankują o ponad 50 proc. więcej paliwa, niż potrzeba na pokonanie danego dystansu na wypadek, gdyby samolot został przekierowany na inne lotnisko.

Latanie samolotem elektrycznym samo w sobie nie wytwarza ani CO₂, ani tlenku azotu, ani pary wodnej, co nie oznacza, że jest całkowicie dobre dla klimatu. Kluczowa staje się odpowiedź na pytanie: skąd pochodzi energia elektryczna używana do ładowania akumulatorów? Międzynarodowa Agencja Energetyczna prognozuje, że światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną praktycznie się podwoi w latach 2010–2040 (bez uwzględnienia elektryfikacji lotnictwa i transportu naziemnego), ale emisje związane z wytwarzaniem energii elektrycznej spadną tylko o około 5 proc. z powodu dalszego spalania węgla. Dla przykładu jazda pociągiem elektrycznym w Polsce może być bardziej szkodliwa dla klimatu niż latanie. Z drugiej strony samolot wykorzystujący energię elektryczną w Brazylii, która ma wysoki udział energii odnawialnej, będzie generował znacznie mniej emisji niż w Chinach, gdzie większość energii elektrycznej pochodzi z węgla.

Mimo pewnych jaskółek nadziei dekarbonizacja lotnictwa to pieśń odległej przyszłości. Najszybciej rozwinie się rynek autonomicznych samolotów miejskich (eVTOL). Długo poczekamy natomiast na wejście do floty powietrznej jednostek napędzanych wodorem i zrównoważonym paliwem lotniczym (SAF), a najdłużej na w pełni elektryczne samoloty wąskokadłubowe uznanych światowych konstruktorów.