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電動航空は解決策?これからの展望

航空は世界をつないでいますが、飛行機は今も化石燃料のジェット燃料に頼り、CO2や飛行機雲など、温暖化を引き起こすものを排出しています。では、長距離移動をあきらめずに空の旅をクリーンにできるのでしょうか? 電動航空機、持続可能な航空燃料、合成e燃料、グリーン水素、より賢い機体設計が、炭素を出さない飛行を実現する競争の一部です。

(イラスト付きガイドは近日公開予定)

排出削減効果速さコスト成熟度自然

1.8総合

この解決策の評価

  • 排出削減効果3 / 5航空は排出量に占める割合は小さいものの、減らすのが特に難しい分野だ。
  • 速さ2 / 5効率化は今すぐ役立つが、クリーン燃料と新しい機体の導入には何十年もかかる。
  • コスト1 / 5持続可能なジェット燃料は、通常のケロシンよりずっと高い。
  • 成熟度1 / 5効率のよい飛行機はすでにあるが、クリーン燃料や電動航空機の実用化はまだずっと先だ。
  • 自然2 / 5SAFの原料は土地を奪い合い、飛行機雲は温暖化を強める。

クイズ

質問 1 / 10

航空は地球温暖化の約どれくらいを引き起こしていますか?

スコア 0 / 10

書き起こし

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!

専門アドバイザー

ご協力いただいた皆さまに感謝します

Haldane Dodd

エア・トランスポート・アクション・グループ

事務局長

Dr. Maximilian Held

H2Global財団

最高執行責任者

Dr. Candelaria Bergero

ウィスコンシン大学マディソン校

持続可能性と地球環境センター

関連動画

これらのリソースは提携していません。ここで紹介しているリンク先はすべて英語です。

関連資料

これらのリソースは提携していません。ここで紹介しているリンク先はすべて英語です。

解決策 - SAF

参考文献

ここで紹介しているリンク先はすべて英語です。

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参考メモ

6,7,8

航空排出による地球温暖化への影響

航空による二酸化炭素排出は地球温暖化全体への寄与の2%未満だが、飛行が気候に与える影響全体はかなり大きい。航空は2024年に世界のCO₂排出量全体の約2.14% A,B(10億メートルトン弱)を排出したが、航空機は高高度で水蒸気、窒素酸化物、すす、その他の粒子やエアロゾルも排出し、これらは大気の化学反応や雲の形成に作用して、入ってくる太陽放射と地球から再放射される長波放射の両方を閉じ込め、宇宙への放出を妨げることで、温暖化を強める。とくに飛行機雲と飛行機雲によって生じる巻雲は、赤外線を閉じ込めることで温室効果を強め([17,18]については下の参考注を参照)、窒素酸化物は別の温室効果ガスであるオゾンの生成につながる。こうしたCO₂以外の影響を直接のCO₂排出と合わせると、航空による放射強制力全体は人為的な温暖化の約3.4-4%と推定され、航空の気候への影響は二酸化炭素排出だけから想像される値のおよそ2倍になる。

17,18

飛行機雲の温暖化効果について

飛行機雲は、巡航高度を飛ぶ航空機がつくる氷晶の雲で、燃料の燃焼と周囲の大気から出る水蒸気の凝結の軌跡からできている。水蒸気は、すす(炭素)粒子など、航空機が出すエアロゾルに凝結することがある。これらの雲は短寿命だが、空気が低温で湿っているほど長く残る。

これらの雲は、地球のエネルギー収支に正反対の二つの形で影響する。昼間は、明るく反射しやすい表面が入ってくる太陽放射の一部を散乱・反射して宇宙へ戻し、地表に届く日光を減らすことで短期間の冷却効果をもたらす。同時に、飛行機雲は薄い巻雲のように働き、地表から出る長波赤外線放射を効率よく吸収し、再放出する。この過程は下層大気に熱を閉じ込め、正味の温暖化作用を生むが、入射する太陽放射がなく熱を閉じ込める効果だけが残る夜には特に強くなる。全体として、飛行機雲の温暖化効果は反射による冷却効果を上回る傾向がある。しかし、この効果の仕組みはまだ十分に理解されておらず、全体への影響と必要な条件をさらに数値化する研究が続けられている。

11,22,36,37

エンジンのアップグレード

引用される15-25%という数値は一般に、既存の機体でエンジンだけを替えた場合ではなく、新世代の航空機とエンジンの組み合わせが置き換える航空機よりどれだけ燃料効率を改善するかを示している。結果は航空機の種類、路線、運航条件によって異なる [11,22,36,37]。

74-79

バッテリー vs ジェット燃料

「50倍」という比較は、現在の電池に単位質量あたりで蓄えられるエネルギーと、ジェット燃料1kgに含まれる化学エネルギーを比べたものだ。これは推進システム全体の比較ではなく、燃料そのものの質量を比べるのに役立つ比較である: 電気モーターはタービンエンジンよりかなり効率が高い一方、バッテリーパックにはケースや熱管理も必要で、放電後も重さが残る。したがって相対的な重さは変わりうるが、それでも電池が重量あたりに蓄えられる使えるエネルギーははるかに少なく、これが依然として最大の制約である[74-79]。

81-85

現行の電動航空機の性能

試作電動航空機の飛行試験は、特に英国、米国、中国の複数の場所で行われてきた。これらの試験では、慎重に管理された空域のもと、近くの飛行場間を短時間飛行したり、飛行場の周回を含む長時間飛行を行ったりした。これらの試験は民間企業や各国の空軍によって実施され、電動航空機の性能が示された。しかし、完全電動の商用航空機はまだ開発中で、今後10年以内の飛行を予定している。これらは、[89-93]で示されているように、乗客数を最小限に抑えた500 km未満の地域便となる。中距離・長距離の電動飛行(国際線から大陸間・大西洋横断の距離まで)は、2090年代までに商業的に成立すると予測されている [14,74,75,94]。しかし、業界や学術界の専門家の一部は、これは非常に楽観的な見積もりだと指摘しており、長距離の電動航空機は商業的に成立しないと考える人もいる。

95-98

SAFのカーボンニュートラル性

持続可能な航空燃料も、燃やせばCO₂を排出する。主な気候へのメリットは燃料のライフサイクル全体で評価される。これは、バイオ由来の炭素や大気から二酸化炭素回収した炭素によって、新たに採掘された化石炭素の放出を置き換えられるためだ。しかし実際の排出削減量は、燃料の原料の種類、関わる土地利用の変化、生産・輸送に使うエネルギー、追加性(主張される間接的な削減が、いずれにせよ起きていたかどうか)、そして従来の化石燃料との混合割合に左右される。したがってSAFの経路によって、排出削減効果は大きく異なりうる[95-100,135,136]。

117

ヨーロッパ航空会社のSAF使用

訂正:欧州の航空会社が公表したSAFの導入目標と供給契約の約55%は、動物性脂肪、使用済み食用油、その他の廃油を含む使用済み油脂由来になる見込みだ。これは動画が示唆するような、すでに使われている燃料ではなく、契約や計画中の契約についての説明である。

122,123,124

水素燃料の排出

水素には炭素が含まれないため、水素燃料電池が使う場所で出すのは水だけだ。水素を燃やすと水蒸気が出て、空気中の窒素と酸素が反応して窒素酸化物をつくることもある。

[124]が報告した約86%のNOₓ削減は、指定された航空機構成に当てはまるもので、どこでも使える削減率ではない。

水素燃料に伴うライフサイクル全体の排出量(したがって従来のジェット燃料に比べた排出削減量)は、炭素集約的な方法ではなく再生可能エネルギーで水素をつくることに加え、水素の製造、冷却、圧縮、輸送、貯蔵に必要なエネルギーとインフラによる間接排出にも左右される[122-126]。

131-134

商用水素航空機の導入予定

水素航空機が初めて商用利用できるようになる時期については、推定が出されている。初期の業界・政府シナリオでは、就航開始は2035-2040年頃とされた[131-133]:McKinsey & Company [133]は、楽観シナリオでは水素航空機は2035年から利用可能になると見積もったが、Business-as-UsualとPrudentのシナリオでは、2040年というより遅い市場参入が示された。この楽観論はHeathrow Airportと英国政府[131]も共有しており、この航空機は2035年から国内線で、2040年までには地域路線で使えるようになるとした。ただし、これは確定した納入予定ではなく予測である。英国の情報源自体も現在はアーカイブ化されており、より新しい更新によってこれらの予測が現実的でなくなったのではないかという疑問が出ている。

AirbusのZEROeプログラム[132]は、2035年までに水素航空機を就航させることを目指してきたが、2025年2月、技術開発が想定より遅いとしてこのプロジェクトの延期を発表し、5-10年の遅れを示唆した[134]。数か月後も、同社は初の水素航空機について明確な予定を示さず、プロジェクト予算を削減していた。

135-139

SAFパワートゥリキッドの炭素-水素比

3:1という数字は、分子どうしの化学的な比率を示しており、重さや体積の比ではない。簡単に言えば、e-SAFの製造には、回収した二酸化炭素1分子ごとに水素が約3分子必要となる。正確なバランスは、製造工程や最終的な燃料によって多少変わる。たとえば、[136]ではH₂-to-COの供給比を約2:1としている - 回収したCO₂をまずCOに変換する場合があり、その際には追加の水素を消費する。すべての製造経路に当てはまる単一の投入比率はないが、3:1は基礎となる化学をつかむ目安になる。

148

2050年のe-SAF予測

Project SkyPowerの数値は、十分な投資と政策支援を受けてe-SAFが急速に拡大することを前提にした、将来を見据えた業界予測である。これは確立された市場予測でも保証でもない。結果は生産がどれだけ早く拡大するかに左右されるが、この予測はe-SAFが2050年までに果たすと期待される大きな役割を示している。

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