减排的精准刻度：航空发动机全生命周期碳排放计量与减排路径探析

航空工业作为全球碳排放的重要贡献者，其碳排放量占全球二氧化碳排放量的约2.5%，并消耗全球8%的石油资源。在过去三十年间，航空燃油消耗量增长近一倍，且增速仍在持续。随着全球气候变化问题日益严峻，航空业减排已成为国际社会关注的焦点。国际民航组织（ICAO）联合193个成员国提出2050年净零排放目标，这一承诺在2025年的ICAO第42届大会上得到重申，各成员国确认了对实现国际航空净零碳排放的坚定承诺。在这一背景下，航空发动机作为航空器的核心动力来源，其全生命周期碳排放计量成为支撑行业低碳转型的科学基础。

一、全生命周期碳排放计量方法概述

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，其结构复杂，涉及材料种类繁多，包括变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金、钛合金、结构钢及复合材料等。同种材料因组分比例不同而存在差异，加之加工工艺流程多样，使得航空发动机的碳足迹核算面临巨大挑战。按照国际标准化组织产品碳足迹标准ISO 14067的要求，产品碳足迹应以生命周期评价方法作为量化方法，涵盖从原材料获取到生产、运输、销售、使用和回收处置的整个生命周期过程。基于这一框架，航空发动机全生命周期碳排放可分为两大类：燃料生命周期碳排放与材料生命周期碳排放。前者主要指航空燃料在发动机内燃烧并提供动力过程中直接产生的碳排放；后者则涵盖生产制造、使用维护（不包括燃油消耗）和废弃回收阶段的间接碳排放。

构建科学完善的航空发动机碳排放计量方法，对于航空业精准核算碳足迹、制定有效减排策略及评估减排效果具有关键意义。随着全球碳监管政策日趋严格，如国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA）和欧盟排放交易体系（EU ETS）等，航空公司和发动机制造商面临着巨大的减排压力。因此，本文旨在系统探讨航空发动机全生命周期碳排放的计量方法、数据收集与实践应用，并结合全球"零碳"航空发展进程，为行业提供科学可靠的碳足迹管理支持。

二、全生命周期碳排放的构成与计量框架

航空发动机全生命周期碳排放的核算涵盖从原材料开采到最终废弃回收的整个过程，这一框架基于生命周期评价方法建立，将碳排放系统性地划分为燃料周期与材料周期两大部分。这一分类方法有助于全面识别发动机在整个生命周期中的排放热点，为精准减排提供依据。

2.1 燃料生命周期碳排放

燃料生命周期碳排放产生于航空燃料在发动机内燃烧并提供动力的过程，是航空发动机最主要的碳排放来源。根据飞行阶段的不同，这部分碳排放可进一步分为起降阶段（LTO） 和巡航阶段（CDD）。起降阶段包括起飞、爬升、近地着陆和滑行四个过程，发生在海拔1，000米以下的高度。由于该阶段飞行高度固定，燃油消耗主要受发动机型号及其性能特征影响。巡航阶段则指飞机在海拔1，000米以上的飞行活动，此阶段的燃油消耗同时受发动机型号和航程距离的共同影响。

2.2 材料生命周期碳排放

材料生命周期碳排放包括在航空发动机全生命周期内除燃料燃烧外的一切过程的碳排放，依据生命周期评价方法，可将其划分为三个主要阶段：生产制造阶段、使用阶段和废弃回收阶段。这一划分确保了碳足迹核算的全面性，同时避免了重复计算或遗漏。

生产制造阶段碳排放：该阶段涵盖原材料的开采与制造、原材料运输、原材料加工处理成零部件、零部件组装成航空发动机整机等过程。同时，还包括其他辅助材料、化学品的制造和运输，以及处理该阶段产生的废物所引发的碳排放。航空发动机材料的多样性及加工工艺的复杂性，使得该阶段的碳足迹核算极具挑战。以LEAP-1B发动机为例，其生产采用了三维编织碳纤维复合材料风扇叶片、陶瓷基复合材料高压涡轮罩环等先进材料和工艺，这些材料虽然能显著降低发动机使用阶段的油耗，但其生产过程中的能源消耗和碳排放相对较高。

使用阶段碳排放：该阶段不包括发动机运行时的燃油消耗，而是主要指润滑油等物料的消耗、零部件的更换、定期的维修保养、相关运输过程以及处理该阶段产生的废物所导致的碳排放。例如，航空发动机在定期大修时，需要消耗能源和材料，这些活动都会产生额外的碳排放。LEAP-1B发动机的维修网络覆盖中国等主要市场，四川国际航空发动机维修有限公司是国内唯一获授权维修该发动机的企业，维修过程中的能源使用和物料消耗均应纳入该阶段的碳排放核算。

废弃回收阶段碳排放：该阶段主要包括航空发动机到拆解厂的运输、发动机的拆解过程以及废弃物的报废处理等产生的碳排放。需要注意的是，此阶段只包括不可再生废弃物的处理过程，对于可再生废弃物的再生过程则不纳入发动机材料周期碳排放。回收阶段碳排放的大小很大程度上取决于发动机材料的可回收性以及拆解工艺的效率。

2.3 计量框架与排除边界

为了确保碳足迹核算的准确性和一致性，需要明确界定系统边界和排除项。在航空发动机全生命周期碳排放计量框架中，以下过程通常不计入：

三、航空碳排放数据收集与量化方法

• 生产设备、建筑和其他资产商品的制造；
• 与人员相关的活动，包括商务出行、上下班、研发活动等。

这些排除项主要基于相关性原则和实际可操作性的考虑，避免核算范围过度扩大导致数据质量下降。此外，计量框架还需遵循ISO 14067标准中规定的产品碳足迹量化原则，确保结果的可比性和透明度。

综上所述，航空发动机全生命周期碳排放的构成与计量框架涵盖了燃料周期和材料周期的各个方面，为后续数据收集与量化提供了理论基础。通过这一框架，企业能够全面评估发动机的碳足迹，识别减排潜力，并制定针对性的低碳策略。

航空发动机全生命周期碳排放的准确计量依赖于系统性的数据收集和科学的量化方法。详细阐述燃料周期和材料周期下各类碳排放的数据来源、收集步骤与量化模型，为实践应用提供指导。

3.1 燃料周期碳排放数据收集与量化

燃料周期碳排放的核算需要获取发动机在不同飞行阶段的燃油消耗数据。这些数据主要来源于飞行操作记录、发动机制造商提供的性能手册以及国际民航组织推荐的燃料消耗公式。具体而言，数据收集应围绕以下关键参数展开：

发动机油耗率：通常指发动机在单位时间内或单位推力下的燃油消耗量，不同发动机型号的油耗率存在显著差异。以LEAP-1B发动机为例，其油耗率较前代产品CFM56降低了15%-20%。

飞行阶段时间与航程：LTO阶段各模式（起飞、爬升、进近、滑行）的时间分配可参考ICAO标准时间，也可基于实际运行数据；CDD阶段的航程则直接来自航班运营记录。

燃油碳排放系数：采用政府间气候变化专门委员会（IPCC）的默认值或国家特定值，例如航空煤油的碳排放系数约为3.15 kg CO₂/kg燃料。

值得注意的是，不同发动机型号和飞行条件下的燃油消耗差异显著。例如，ATR72-600飞机配备的PW127XT发动机，其燃油效率超过ICAO最严格标准的20%以上，而罗罗遄达XWB-84 EP发动机则通过技术改进将燃油消耗再降低1%，平均每年可为机队减少500万美元的燃油成本。这些高效发动机的推广，将直接有助于降低航空业的燃料周期碳排放。

3.2 材料周期碳排放数据收集与量化

材料周期碳排放的核算涉及生命周期清单分析，需要收集发动机从"摇篮到坟墓"的能源与物料输入、输出数据。根据我们的框架，该周期涵盖生产制造、使用维护和废弃回收三个阶段。

3.2.1 生产制造阶段

该阶段的数据收集重点是原材料开采、零部件加工和整机装配过程中的能源与物料消耗。具体步骤包括：

材料组成分析：首先需要确定发动机的材料构成与重量。例如，LEAP-1B发动机采用了18片三维编织碳纤维复合材料风扇叶片、钛铝合金低压涡轮叶片等。每种材料的重量和比例需详细记录。

工艺能耗数据：收集各零部件加工工艺的能耗数据，包括铸造、锻造、机加工、热处理等。对于先进材料如陶瓷基复合材料，其生产工艺能耗通常高于传统金属材料。

运输数据：包括原材料运输和零部件运输的距离、方式（如空运、海运、陆运）等。

3.2.2 使用阶段

使用阶段的数据收集主要围绕维护保养活动展开，包括：

• 润滑油消耗：记录发动机大修周期内的润滑油补充和更换量。
• 零部件更换：跟踪使用阶段更换的零部件类型、数量及重量。
• 运输活动：包括零部件送往维修厂的运输距离和方式。
• 废物处理：记录维护过程中产生的废弃物的处理方式（如焚烧、填埋）及数量。

3.2.3 废弃回收阶段

该阶段的数据收集重点是发动机拆解和材料回收过程中的能源与物料消耗，包括：

四、全球"零碳"航空发展趋势与政策框架五、案例分析：LEAP-1B发动机六、航空碳足迹数据质量管理与未来展望七、结论与展望

• 运输数据：发动机从使用地点到拆解厂的距离和运输方式。
• 拆解能耗：拆解过程的电力、燃料消耗。
• 材料回收率：不同材料的回收比例和再生利用情况。

3.3 数据收集的挑战与解决方案

航空发动机碳足迹数据收集面临诸多挑战，尤其是数据保密性、数据粒度不足和全球供应链数据不一致等问题。为解决这些问题，建议采取以下措施：

与供应商建立数据共享机制：通过合作获取上游供应链的能源与物料消耗数据。

采用数据估算模型：在数据缺失时，可使用类似材料或工艺的数据进行估算，或采用模拟软件（如Simapro）模拟飞机生命周期评估。

参考国内外标准：如国家标准GB/T 45646-2025《温室气体 产品碳足迹量化方法和要求 内燃机》提供了内燃机产品碳足迹量化的原则、方法及报告要求。

通过系统化的数据收集与科学的量化方法，航空发动机的全生命周期碳足迹能够被准确计量，为减排策略的制定提供数据支持。随着各国碳核算标准的完善和数据的不断积累，航空发动机碳排放计量的精确度和可靠性将进一步提高。

在全球应对气候变化的紧迫背景下，航空业脱碳已成为国际共识与行动重点。各国政府、国际组织和行业主体正在通过政策引导、技术创新和市场机制等多种手段，推动航空业向2050年净零排放目标迈进。了解这一全球趋势与政策框架，对航空发动机碳排放计量与管理策略的制定具有重要指导意义。

4.1 国际政策框架与行业承诺

国际民航组织作为联合国下属的专门机构，在全球航空减排进程中扮演着核心角色。在2025年9月至10月举行的ICAO第42届大会上，193个成员国重申了对2050年实现国际航空净零碳排放的承诺，并强调了通过具体行动夯实这一目标的重要性。大会强调了全球统一的可持续航空燃料 accounting and reporting methodology的重要性，并重申应使用CORSIA的可持续性标准、认证及生命周期排放评估方法，作为SAF、LCAF和其他航空清洁能源在国际航空中合格性的认可基础。

4.2 区域减排举措与政策差异

尽管全球目标一致，但各地区的航空减排举措却呈现出显著差异，形成了"各自为战"的政策版图。这种政策碎片化给航空运营商带来了多重挑战，包括合规复杂性、燃料采购策略调整和航线网络重新设计等。

欧盟：通过"欧盟排放交易体系"要求所有在欧盟境内起降的航班购买碳配额，同时"欧洲航空燃料计划"强制规定了SAF掺混比例：2025年达2%，2030年升至6%，2050年进一步提高至70%。此外，欧盟还在2025年发布了第二版《目标2050》战略，进一步明确了通过改进飞机和发动机技术、使用替代燃料、实施经济刺激政策和改善空中交通管理四大举措实现航空净零排放的路径。

美国：2022年《通胀削减法案》为每加仑SAF提供最高1.75美元的税收抵免，目标是2030年SAF年使用量达30亿加仑，2050年增至350亿加仑。然而，政策环境存在不确定性，新政府正对此提出挑战，甚至考虑暂停资金发放。

巴西：2024年通过《未来燃料法》，要求国内航班到2027年底通过使用SAF减少1%的温室气体排放，2037年底这一比例需提升至10%。

这些区域差异不仅体现在目标上，更渗透到具体执行层面。例如，欧美对SAF合格原料的界定大相径庭：美国允许更多种农业原料用于生产SAF，而欧洲则对原料的可持续性有更严苛的生态要求。刺激SAF市场的机制也因地区而异：欧盟以"强制掺混"为主导，通过明确的比例要求拉动需求；美国则侧重供给端激励，通过税收优惠和联邦项目降低SAF生产成本。

4.3 技术路径与基础设施现状

实现"零碳"航空的技术路径主要围绕可持续航空燃料、飞机与发动机技术创新、新能源动力和运营效率提升等方面展开。

SAF被普遍认为是中短期内航空脱碳的最主要抓手。目前，被美国材料与试验协会标准认证的非合成类SAF制备工艺已从2021年的7类增加到8类，但具有较好应用前景的仍为加氢酯和脂肪酸、费托合成以及醇喷合成这三类。合成SAF以电转液为代表，通过可再生电力将氢和从大气中捕获的二氧化碳合成液体燃料，但尚未被ASTM标准认证。根据《目标2050》预测，到2030年，欧洲地区的SAF需求量将达380万吨，其中非合成SAF占据绝对主导，特别是HEFA类SAF的需求量达到270万吨，几乎是早期预测的两倍。

在飞机与发动机技术方面，欧洲航空业预测，2030-2040年航空业将重点开发和引入下一代飞机和发动机，涉及桁架支撑式高展弦比层流机翼、超高涵道比或开式转子动力构型、轻质复合材料等先进技术。同时，新能源动力飞行概念也将带来前所未有的技术革新，主要集中在中小型飞机市场，包括氢燃料电池动力系统、混合电推进支线飞机和氢动力窄体飞机等。预计到2050年，改进飞机和发动机技术需要的研发成本为1050亿欧元，另外还有新增采购成本1450亿欧元和配套基础设施建设成本38亿欧元。

4.4 产业链协同与商业模式创新

实现"零碳"航空不仅依赖技术突破，更需要产业链协同和商业模式创新。航空业正从传统集中式运营模式向去中心化架构转型，设立区域专项团队聚焦环境合规、燃料采购与政策对接，既能因地制宜制定策略，又能快速响应新规。例如，汉莎航空在欧美分别设立SAF采购专项团队，针对性应对两地在SAF可得性、定价与认证标准上的差异。

战略联盟的意义也超越了传统代码共享与营销合作，转向以减排为核心的生态协同。"寰宇一家"联盟成员联合向美国生产商Aemetis采购3.5亿加仑SAF，通过集体采购提升议价能力、保障供应稳定性。这种基于气候目标的联合投资与采购，正重塑航空联盟的价值内涵。

此外，收入管理策略需适应高成本环境，将燃油溢价、碳定价与区域监管压力纳入定价模型。动态定价需体现SAF溢价或航线碳排放差异，"绿色票价"或含碳抵消的机票选项可满足消费者的低碳需求。荷航的创新实践颇具代表性：乘客购票时可选择购买额外SAF，如同选择座位升级般"优化"自身碳足迹，既创造新收入流，又提升公众对绿色航空成本的认知。

综上所述，全球"零碳"航空发展正呈现出政策多样化、技术多路径和商业模式创新的特点。面对这一复杂格局，航空公司需将合规压力转化为转型动力，将区域差异转化为竞争优势，才能在行业重构中占据先机。

LEAP-1B发动机作为CFM国际公司为波音737MAX系列飞机设计的专属动力装置，采用了多项创新技术以提升燃油效率并减少碳排放。

5.1 技术特性与环保性能

LEAP-1B发动机采用了四项核心创新技术，这些技术直接贡献了其优异的环保性能：

三维编织碳纤维复合材料风扇叶片与包容性机匣：18片风扇叶片采用三维编织碳纤维复合材料制成，不仅重量轻，且具备优异的抗损伤容限。这一设计显著降低了发动机重量，进而减少了燃油消耗。

带3D打印燃油喷嘴的双环预混旋燃烧室：通过3D打印技术制造的燃油喷嘴，实现了更精确的燃油喷射与混合，配合双环预混旋设计，有效降低了氮氧化物排放。

陶瓷基复合材料高压涡轮罩环：CMCs具有耐高温、重量轻的特性，使得高压涡轮能够在更高温度下工作，提升热效率的同时减少冷却空气需求。

钛铝合金低压涡轮叶片：采用钛铝合金材料，显著降低了低压涡轮部分的重量，有助于提升发动机的整体效率。

这些先进技术的应用使得LEAP-1B发动机的燃油效率较前代产品提升了15%-20%，二氧化碳排放相应降低了15%-20%，氮氧化物排放更是减少了50%。此外，该发动机的噪声轨迹较前代减少了75%，对机场周边环境改善作出了重要贡献。

5.2 运营表现与碳排放数据

截至2025年，LEAP-1B发动机已累计飞行超过1400万小时和560万次循环。搭载LEAP系列发动机的飞机已减少超过3500万吨二氧化碳排放，其中仅LEAP-1B发动机自2016年投运以来就累计减少碳排放超1400万吨。这些数据充分证明了该发动机在实际运营中的减排效果。

在可持续航空燃料应用方面，LEAP-1B发动机于2021年实现了100% SAF载客航班首飞，并于2023年参与了SAF效益测试项目。这表明该发动机不仅兼容传统航空燃油，也能适应低碳燃料的未来趋势。罗罗公司推出的遄达XWB-84 EP发动机同样强调其SAF兼容性，混合使用50%可持续航空燃料已取得认证，并且有能力使用100% SAF运行。

航空发动机全生命周期碳排放计量的准确性与可靠性在很大程度上取决于数据质量。建立系统的数据质量管理体系，既是满足国内外碳核算标准的前提，也是制定有效减排策略的基础。同时，随着技术进步与政策演进，航空发动机碳足迹计量也面临新的发展方向与挑战。

6.1 数据收集的专业要求

航空发动机碳足迹数据收集应遵循针对性、准确性和一致性原则。具体而言，数据收集工作需满足以下专业要求：

数据范围：应覆盖全生命周期各阶段，包括原材料获取、零部件制造、整机装配、使用维护和废弃回收。对于燃料周期，需包含不同飞行模式（LTO与CDD）下的燃油消耗；对于材料周期，则应涵盖各类物料与能源的输入输出。

数据来源：优先采用实测数据或初级数据，尤其是发动机制造商和航空公司的实际运行数据。当初级数据不可得时，可参考行业平均数据或国际公认数据库（如Ecoinvent、ELCD）中的次级数据，但需注明来源并评估不确定性。

数据粒度：为确保核算精度，数据应按发动机型号、材料类型、工艺类别等适当分类。例如，LEAP-1B发动机的复合材料风扇叶片与传统金属叶片的材料与能耗数据应分别收集。

在实际操作中，数据收集面临诸多挑战，尤其是供应链数据不透明、商业机密保护和全球数据标准不一等问题。为此，企业可借助数字化工具（如产品生命周期管理软件）构建数据收集平台，并与供应商建立数据共享机制。此外，参考国家标准GB/T 45646-2025《温室气体 产品碳足迹量化方法和要求 内燃机》也有助于规范数据收集流程。

6.2 数据核算与报告的标准框架

航空发动机碳足迹的核算与报告应遵循国际或国家认可的标准框架，以确保结果的可比性与可信度。目前，适用于航空发动机碳足迹核算的标准主要包括：

ISO 14067：2018：该标准规定了产品碳足迹量化的原则、要求与指南，强调采用生命周期评价方法，是航空发动机碳足迹核算的国际通用框架。

GB/T 45646-2025：该国家标准规定了内燃机产品碳足迹量化的原则、方法及报告要求，适用于内燃机产品全生命周期和部分生命周期碳足迹的核算、评价与报告。虽然该标准主要针对一般内燃机，但其原则与方法也可为航空发动机提供参考。

核算过程中，需特别注意系统边界的确定与分配原则的应用。对于航空发动机，建议采用"从摇篮到坟墓"的系统边界，涵盖原材料获取至废弃回收的全过程。当涉及多产品共线生产时，应按质量、经济价值或其他合理比例在不同产品间分配环境影响。

6.3 未来发展趋势与挑战

随着全球航空业向2050年净零排放目标迈进，航空发动机碳足迹计量将面临新的发展趋势与挑战：

数据精细化：未来，随着物联网、大数据和数字孪生技术的应用，航空发动机碳足迹数据将更加精细化与实时化。航空公司可利用传感器实时收集发动机运行数据，结合区块链技术构建不可篡改的碳足迹台账，显著提升数据质量与透明度。

标准统一化：目前，各国碳核算标准与方法仍存在差异，导致碳足迹结果难以直接比较。未来，国际社会将致力于推动标准统一化，尤其是SAF碳排放核算方法、碳抵消信用认可标准等关键方面。ICAO已在第42届大会上强调，应使用CORSIA的可持续性标准与方法作为SAF和其他航空清洁能源合格性的认可基础，这标志着全球统一标准的趋势正在加强。

政策合规性：随着碳监管政策日益严格，航空发动机碳足迹数据将成为航空公司应对CORSIA、EU ETS等机制的重要依据。ICAO大会表达了针对航空公司的税收措施的担忧，指出这些国家倡议可能造成航空运输CO₂排放的重复计费，破坏CORSIA的实施。因此，精准的碳足迹数据对于确保合规性并避免重复付费至关重要。

供应链低碳化：发动机制造商将日益关注供应链 decarbonization，通过要求供应商报告碳足迹、使用低碳材料和清洁能源，降低生产制造阶段的碳排放。例如，LEAP-1B发动机采用的碳纤维复合材料，虽然现阶段生产能耗较高，但随着原料和工艺改进，其碳足迹有望显著降低。

面对这些趋势与挑战，航空公司与发动机制造商需积极构建碳数据管理能力，将碳足迹核算纳入企业决策与产品设计过程。只有通过科学的数据管理和持续的技术创新，航空业才能在满足减排目标的同时，保持高效运营与市场竞争力，最终实现绿色转型。

本研究系统探讨了航空发动机全生命周期碳排放的计量方法，构建了涵盖燃料周期和材料周期的完整核算框架，并通过案例分析了具体发动机的碳排放特性。研究表明，航空发动机作为航空器的核心动力来源，其碳足迹精准计量对行业实现2050年净零目标具有关键意义。

全球航空业正通过技术革新、政策引导与市场机制等多种途径加速脱碳进程，从改进飞机发动机技术到推广可持续航空燃料，从完善CORSIA等全球市场基于措施到应对区域政策碎片化挑战，行业减排路径已呈现出多元化、区域化与协同化特征。在这一背景下，航空发动机碳足迹数据的高质量管理成为确保核算准确性、支持减排决策的基础。未来，随着数据技术的进步与国际标准的统一，航空发动机碳足迹计量将向更精细化、透明化方向发展，为全球航空业绿色转型提供科学支撑。

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