未来の航空

人類はずっと空を飛ぶことを夢見て何度も挑戦してきましたが、自然はたいてい重力を持ち出して待ったをかけました ^[1-4]。でもついに1903年、ものすごい根性と個人の安全をちょっと軽く見たおかげで、オーヴィルとウィルバー・ライト兄弟がその方法を解き明かしました ^[5]。

残念ながら、自然に逆らうには代償がつきものです…

飛行機が出す汚染は、地球温暖化の約4%の原因です ^[6,7,8]。

解決策が必要なのは明らかです。

今の飛行機のほとんどは、ケロシンという化石燃料を燃やしています ^[9,10]。問題は、その大量のケロシンを燃やすと、毎年約10億トンのCO₂が出ることです ^[11-14]。さらに窒素酸化物など、特に高い空ではCO₂以上に気候へ悪影響を与える汚染物質も出ます ^{[10,12,15,16]}。

たとえば、すすと水蒸気です。これらが合わさると、飛行機の後ろにできる細い筋のような飛行機雲になります。条件によっては、これも熱を閉じ込めます ^[17,18]。

つまり、飛行機によるCO₂は地球温暖化の2%未満ですが、航空から出るすべての排出の影響は合計で約4%です ^[6,7,8]。そして2050年までに航空旅客が2倍になる見込みなので、問題は急速に深刻化しています ^[19,20,21]。

では、どうすればいいのでしょう？

実は、よりきれいな空へ向けた変化を進める技術がいくつもあります。

ライト兄弟の後を追うように、技術者たちは飛行機をよりなめらかに、軽く、効率よくしてきました ^[22]。たとえば、現代の航空機の多くはすでに、空気抵抗を減らして燃料を最大5%節約する曲がったウィングレットを使っています ^[23,24,25]。

でも、そこで止まる理由はありません。箱型翼の配置なら燃料使用量を最大22%減らせて、2030年代の導入が計画されています ^[26-30]。一方、胴体と翼を一体化した設計なら燃料使用量を最大30%減らせて、10年以内に実用化されるかもしれません ^[31-35]。

しかも、これは飛行機の外側だけの話です…

古いエンジンを最新設計のものに替えることで、航空会社は排出を最大15-25%減らしています ^{[11,22,36,37]}。多くの航空機メーカーは今、飛行機をこれまで以上に軽くするため、エンジンから機体まで軽量な炭素複合材 ^[11,37-40] や3Dプリント部品を使っています ^[41-48]。

軽くできるのは機体だけではありません: よりよい計画と物流によって飛行ルートを効率化すれば、設計に手をつけなくても排出を10%減らせます ^[49-53]。結果は？ 燃料消費が減り、空での排出も減ります。

でも、そもそもなぜ空を移動するのでしょう？

高速鉄道の進歩で、長距離移動はこれまで以上にクリーンで、安く、快適になっています ^[54,55,56]。実際、800 kmまでの距離なら、高速鉄道は飛行機より速いことさえあります！ ^[57-60] ヨーロッパでは、短距離便の20%を高速鉄道に置き換えられると見積もられています ^{[57,61,62,63]}。

デジタル化で需要を抑えるのも、もう一つの手軽な解決策です。COVID-19のパンデミックは、ビデオ会議、リモートワーク、バーチャルな共同作業が、飛ばなくても人や企業をつなげられると示しました ^[64,65,66]。

飛行が必要なとき、多くの航空会社は炭素排出を相殺するカーボンオフセット制度を使っています ^[67,68,69]: 木を植えたり、大気から直接二酸化炭素を回収する技術（DAC）を使ったり、再生可能エネルギーに資金を出したりする方法です。

問題は、こうしたオフセットの環境への効果が、飛行による影響と比べてほんのわずかなことです:

• 木が育つには何十年もかかります。
• CO₂の直接空気回収には期待が持てますが、まだ高価で、効果を出せるほど大規模には動いていません。
• 再生可能エネルギーへの資金提供は、航空の排出を直接減らすことにはなりません ^[69-73]。

だから本当に空をきれいにするには、飛行機に新しい動力源が必要です！

車のように燃料をバッテリーに替えればいいと思うかもしれませんが、今のバッテリーは同じエネルギーを出すのにジェット燃料の最大50倍も重くなります！ そのため大型の電動旅客機は、大西洋を渡るどころか滑走路から飛び立つのも大変です ^[74-79]。

その代わり、電気推進が最も向くのは小型機と短い移動です ^[80]。実際、最初の実験用電動航空機はすでにアメリカ、イギリス、中国で飛んでいます ^[81-85]。実験的なハイブリッド方式では、バッテリーを従来型エンジンと組み合わせることもできます ^[77,79]。いつかこうした飛行機は1,000 km以上を飛べるかもしれません ^[86,87,88]。

そしてバッテリーはより安く、より高性能になっているので、完全電動の商用旅客機は10年以内に500 km未満の短距離を飛べる見込みです ^[89-93]。

残念ながら、中距離便と長距離便が航空排出の大半を占めています。少なくとも2090年までは電動化できそうにないので、人類にはまだ別の解決策が必要です ^{[14,74,75,94]}。

そこで登場するのが、持続可能な航空燃料、SAFです。このカーボンニュートラルな燃料は、大きな改造をしなくても今のエンジンで使えます ^[95-98]。

では、何が問題なのでしょう？

実は、最も一般的なのはバイオ燃料です。植物から作れますが、その植物を持続可能でない方法で育てると、農地を使ってしまう可能性があります ^[99,100,101]。

今のところ、これらの燃料は航空燃料の1%未満です ^[102-105]。そのため生産を拡大すると、食料か燃料かを選ぶことになるかもしれません。やり方を間違えれば、森林破壊を招いて炭素を放出し、使う意味そのものを台なしにすることさえあります！ ^{[10,106,107,108]}

食料への影響を減らすための対策は進められています ^[109-114]。でも、もっと期待できるのは、海藻、微細藻類、使用済み食用油のような、持続可能で食料にならない原料を使うことです ^[11,115,116]。

実際、ヨーロッパの航空会社はすでに、リサイクルした脂肪や食用油から作るSAFを使い始めています。これらを合わせると、計画中の持続可能な燃料供給の約55%を占めます ^[117,118]。また、微細藻類から作るバイオ燃料はアメリカで大きな投資を受け、日本でも試験に成功しています ^{[119,120,121]}。

もう一つの選択肢はグリーン水素です。再生可能電力で水から水素を分離して作るグリーン水素は、燃やしても水蒸気しか残さない、クリーンなすごい燃料です ^[122,123]。CO₂を完全になくすだけでなく、有害な窒素酸化物も約86%減らせます ^[124]。

では、欠点は何でしょう？

実は、水素でも飛行機雲はできます。あの筋状の雲は、困ったことに熱を閉じ込めることがあります ^[124]。貯蔵や輸送もかなり難しく、高圧タンクか超低温の液体貯蔵が必要です ^{[122,125,126]}。

それでも航空機メーカーは未来の水素航空機の開発を急いでいて、水素を作るための再生可能電力も急速に増えています ^[127-130]。すべてが計画通りなら、水素航空機は早ければ2035年にも登場するかもしれません ^[131-134]。

でも、それでも長い待ち時間です。今ある飛行機で、グリーン水素を使う方法はあるのでしょうか？

あります！ グリーン水素を、大気から回収した炭素と（3対1の割合で）組み合わせると、Power-to-Liquidまたはe-SAFと呼ばれる合成持続可能航空燃料を作れます ^[135-139]。これは改造なしで今の飛行機に使えます ^[94,140-143]。すでに試験飛行で使われていて、今後10年で大幅に生産を拡大できるかもしれません ^[140-147]。

2050年までに、e-SAFはすべての持続可能な航空燃料の50%超を占め、本格的な水素航空機が本当に飛び立つ前の排出抑制に役立つと見積もられています！ ^[148]

ゼロ炭素飛行は、グリーンエネルギー移行に欠かせず、避けられない要素です。時間はかかるかもしれませんが、人類が初の動力飛行から音速突破までわずか44年で到達したことを考えれば、この挑戦に立ち向かう力は十分あります！ ^{[149,150,151]}

International Air Transport Associationと国連のInternational Civil Aviation Organizationはいずれも2050年までのネットゼロを目標にしていて、競争は始まっています！ ^[152-155]

世界の航空会社は、燃費の向上に向けて前進しています: 持続可能な燃料とグリーン水素の生産は拡大し、次世代バッテリーも急速に進化しています ^[156-160]。だから技術が加速し、勢いが増し、それを支える政策の枠組みもある今、ゼロ炭素飛行は長い技術革新の歴史における次の節目になります。

もう、できるかどうかの問題ではありません…残るのは、いつ実現するかということだけです！