CC BY
158
2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 135
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735
ПОЛИТИКА И ПРОГРАММА ДЕЙСТВИЙ ИКАО ПО УМЕНЬШЕНИЮ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ НА ГЛОБАЛЬНЫЙ КЛИМАТ: СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ
Б.Н. МЕЛЬНИКОВ, А.Г. МУНИН, Ю.А. БОЛЬШУНОВ
Обновленная в 2007 году Резолюция Ассамблеи А35-5 «Сводное заявление о постоянной политике и практике ИКАО в области охраны окружающей среды» предусматривает проведение комплексных исследований с участием Договаривающихся государств по теме «Воздействие авиации на глобальный климат». Представлен анализ трех самостоятельных добавлений к указанной Резолюции, касающихся главным образом решения проблем энергосбережения или повышения топливной эффективности в ГА, что приводит к снижению выбросов парниковых газов, оказывающих заметное влияние на глобальный климат.
Известно, что 2007 год характеризуется завершением ряда крупных разработок в области охраны окружающей среды (ООС) и внедрением в практику международной ГА и практику Договаривающихся государств - членов ИКАО последних достижений в области регламентации и снижения неблагоприятного влияния авиационного шума (АШ) и эмиссии авиадвигателей (ЭАД) парка существующих и вновь разрабатываемых воздушных судов (ВС), имея в виду минимизацию их локального или глобального воздействия на атмосферу. Основные результаты и рекомендации выполненных исследований опубликованы в материалах существующих и обновленных резолюций Ассамблеи ИКАО, а также в докладе недавно состоявшегося 7-го совещания Комитета ИКАО по охране окружающей среды от воздействия авиации [1-3].
Анализ основных направлений обширной и плодотворной деятельности ИКАО в области ООС от воздействия авиации свидетельствует о том, что в соответствии с новой резолюцией Ассамблеи [ 2 ] одна из актуальных задач, широко обсуждаемая международным сообществом в последнее время, связана с активизацией работ по изучению воздействия ГА на глобальный климат, а также разработкой мер по снижению выбросов парниковых газов (ИГ) в свете требований Киотского протокола - в текст обновленной резолюции впервые включены ряд самостоятельных добавлений, касающихся проблемы воздействия ГА на глобальный климат.
В Добавлении I «Воздействие авиации на глобальный климат: научное осознание проблемы» отмечается, что в опубликованном специальном докладе «Авиация и глобальная атмосфера» [ 4 ], подготовленном по просьбе ИКАО Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), содержится комплексная оценка воздействия авиации на атмосферу, где отмечается, что влияние одних видов авиационной эмиссии хорошо изучено, в то время, как влияние других особенностей воздействия эмиссии исследовано недостаточно, чем и определяется ряд ключевых областей научной неопределенности, которые ограничивают в настоящее время возможности прогнозирования общего воздействия авиации на климат и озон.
Ассамблея указывает на осознание потенциального использования альтернативных видов авиатоплива и их эмиссионного воздействия, а также рекомендует Совету и государствам постоянно обновлять прогнозные аналитические модели оценки влияния авиации и активно сотрудничать в деле их разработки и использования в международной ГА.
В другом Добавлении «Воздействие авиации на глобальный климат: сотрудничество с ООН и другими организациями» подчеркивается, что конечной целью Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) является стабилизация концентрации ИГ в атмосфере на уровне, предотвращающим опасное антропогенное воздействие на глобальную климатическую систему.
В связи с этим Ассамблея просит Совет:
• обеспечить, чтобы ИКАО постоянно играла ведущую роль в рассмотрении экологических вопросов, связанных с деятельностью международной Г А, включая эмиссию ИГ;
• продолжить изучение политики, направленной на ограничение экологического воздействия ЭАД и разработку конкретных предложений, охватывающих технические решения и рыночные меры с учетом потенциальных последствий таких мер;
• продолжить сотрудничество с другими организациями по выработке политики в этой области, в частности с Конференцией Сторон РКИК ООН и ее Вспомогательным органом для консультаций по научным и техническим аспектам (ВОКНТА).
И, наконец, в третьем Добавлении к «Ирограмме действий ИКАО в области международной авиации и изменения климата» обновленной резолюции, имеющем непосредственное отношение к рассматриваемой проблеме, отмечается, что ИКАО и ее Договаривающиеся государства признают исключительную важность постоянного руководства международной ГА работ по ограничению эмиссии, оказывающей влияние на глобальное изменение климата, что обусловлено быстрыми темпами роста ГА, которые привели к увеличению доли авиационного сектора в общем объеме эмиссии ИГ.
Для обеспечения устойчивого развития авиации необходим комплексный подход, охватывающий деятельность в области технологий и стандартов, а также разработку эффективных эксплуатационных и рыночных мер по уменьшению эмиссии. Иризнается, что в ГА достигнут значительный прогресс, определяемый тем, что показатель топливной эффективности в единицах «расход топлива/пкм» для выпускаемых в настоящее время ВС примерно на 70% превышает эффективность ВС, находившихся в эксплуатации 40 лет назад. Авиакомпании ряда государств в последние годы добились существенного уменьшения объемов эмиссии при одновременном росте авиаперевозок за счет обновления парка эксплуатируемых самолетов.
В связи с этим Ассамблея рекомендует создать новую группу по международной авиации и изменению климата из числа высокопоставленных должностных лиц для определения конкретных глобальных целей по улучшения топливной эффективности в международной ГА и возможных вариантов их реализации, включая подготовку информации о прогрессе по результатам реализованных ИКАО совместно с государствами мероприятий.
К Договаривающимся государствам обращена также просьба увеличить объем инвестиций в научные исследования по разработке более эффективных технологий и представить информацию о комплексе мер и планах по уменьшению к 2020 году перегруженности воздушного пространства, в результате которой происходят задержки и увеличение расхода топлива.
Ассамблея просит Совет, действуя через Комитет ИКАО/САЕР:
• ежегодно представлять доклады о достигнутом прогрессе в области топливной эффективности с указанием средних показателей по парку эксплуатируемых ВС и общего годового объема потребляемого топлива в международной ГА;
• разработать прогноз уменьшения объема авиационной эмиссии для эксплуатируемого парка ВС;
• количественно оценить возможности дополнительного снижения ЭАД;
• изучить соответствующие параметры и разработать среднесрочные и долгосрочные цели в области технологии сжигания топлива и представить доклад для следующей сессии Ассамблеи;
• продолжить разработку рекомендаций по оценке выгод, связанных с совершенствованием системы ОрВД при использовании комплекса эксплуатационных мер, изложенных в инструктивном материале ИКАО [ 5 ];
• в Глобальном аэронавигационном плане ИКАО уделить особое внимание всем аспектам повышения топливной эффективности в ГА;
• настоятельно рекомендовать государствам повышать эффективность воздушных перевозок с целью уменьшения объема эмиссии и представлять доклады о достигнутом прогрессе в этой области;
• содействовать использованию новых процедур и технологий, позволяющих получить экологические выгоды при эксплуатации ВС;
• рекомендовать государствам содействовать распространению и совместному использованию наилучшей практики, применяемой в аэропортах с целью уменьшения негативных последствий эмиссии ИГ;
• поощрять проведение научных исследований и разработок по созданию более эффективных с экологической точки зрения конструкций двигателей и ВС;
• ускорить разработку и внедрение более эффективных «энергосберегающих» маршрутов и процедур, направленных на уменьшение ЭАД;
• ускорить деятельность по реализации экологических выгод за счет применения спутниковых технологий, обеспечивающих возможность повышения эффективности аэронавигации, и совместно с ИКАО осуществлять деятельность, направленную на получение этих выгод во всех регионах и государствах;
• содействовать разработке более благоприятных с экологической точки зрения воздушных трасс и усовершенствованных эксплуатационных процедур для международной ГА;
• устранить юридические, экономические и другие организационные барьеры в области безопасности для реализации новых эксплуатационных концепций ОрВД в целях эффективного с экологической точки зрения использования воздушного пространства.
Основная проблема «химического» воздействия ГА на окружающую среду (в отличие от физических факторов, к которым относится, прежде всего, АШ), связанная с локальным и общим загрязнением атмосферы, обусловлена значительными объемами потребляемого в этом секторе углеводородного топлива. Негативное влияние на атмосферу оказывают, как известно, газообразные выбросы СО, НС, КОХ, регламентируемые стандартами тома 2 Приложения 16 «Эмиссия авиационных двигателей», а также выбросы ИГ и прежде всего СО2, прямо связанные с количеством расходуемого в ГА авиатоплива.
Рост актуальности проблемы экологического благополучия во многом определяется, особенно в последнее время, возросшим интересом в мире к эффективному решению вопросов, связанных, например, с уменьшением неблагоприятного воздействия ГА на глобальное потепление климата или опасностью разрушения озонового слоя, регулируемых, как известно, требованиями соответственно Киотского или Монреальского протокола.
Недавняя публикация доклада Межправительственной группы экспертов по изменениям климата МГЭИК [6] вновь привлекла внимание мировой общественности к прогнозам глобального потепления, обусловленного повышением уровня Мирового океана, увеличением частоты периодов жары и сильных осадков, ростом интенсивности циклонов и ураганов, что обусловлено выбросами в атмосферу ИГ. Даже по оптимистическому сценарию, уже к 2100 году средняя температура на планете увеличится на 1,8-4,0оС по сравнению с последним 20-летием прошлого века (пессимистический прогноз предусматривает ее рост на 6,4оС), что приведет к таянию ледников Антарктиды и Гренландии, уровень Мирового океана к концу 21 века повысится на 20-60 см, увеличится сила циклонов и ураганов.
Страны ЕС уже заявили о своем намерении уменьшить выбросы ИГ, по меньшей мере на 20% к 2020 году еще до публикации этого доклада. Стратегия борьбы с глобальным потеплением, которую предстоит изучить Совету ЕС, подразумевает совместные действия стран в этой области после 2012 года, когда истекает срок действия Киотского протокола на первом этапе.
Обязательства РФ по Киотскому протоколу предусматривают снижение общих выбросов ИГ в период 2008-2012 гг. до исходного или «контрольного» уровня 1990 года, принятого за
100%. Следует иметь в виду, что Киотский протокол устанавливает лишь «общие» пределы выбросов ИГ. Ироблемой является более четкая регламентация «долевого вклада» загрязняющих атмосферу различных отраслей с использованием согласованных в международном масштабе механизмов и расчетных методов, разрабатываемых в рамках ИКАО применительно к ГА.
Выполненный анализ указывает на то, что основным источником потребляемой энергии (85%) являются ископаемые виды топлива, при сгорании которых образуются загрязняющие вещества (ЗВ), включая ИГ. В соответствии с Киотским протоколом к этой группе отнесены 6 видов ЗВ, причем к авиации непосредственное отношение имеют по крайней мере два из них -углекислый газ СО2 и метан СН4. Из приведенных на рис. 1 обобщений видно, что весь существующий транспорт потребляет примерно 20-25% топлива, причем на долю авиации приходится 12% выбросов СО2 относительно всех видов транспорта.
Об актуальности проблемы свидетельствует тот факт, что предметом обсуждения на недавнем Саммите «Большой Восьмерки» промышленно развитых стран, состоявшемся в 2007 году в Германии, была достигнута договоренность о сокращении наполовину к 2025 году выбросов СО2, которые учитывают возросший вклад, связанный деятельностью ГА.
Рассматривая общие вопросы и пути решения проблемы ООС в российской ГА, необходимо также подчеркнуть, что разработка общей стратегии и практических рекомендаций по уменьшению важнейших факторов неблагоприятного воздействия авиации на окружающую среду производится с использованием известных принципов комплексного подхода ИКАО [7], обеспечивающих эффективное снижение не только АШ, но и выбросов авиадвигателями ЗВ.
ВС являются источником газов и частиц, которые, поступая в верхние слои тропосферы или нижние слои стратосферы, оказывают воздействие на состав атмосферы, изменяют концентрацию ИГ, включая двуокись углерода, озон, пары воды и метан, инициируют образование конденсационных или инверсионных следов, способствующих развитию перистой облачности. Именно эти факторы оказывают существенное влияние на изменение климата.
Структура атмосферы на высотах до 50 км, включая слои стратосферы и тропосферы, а также основные элементы, во многом определяющие механизмы воздействия ГА на глобальный климат, представлены на рис. 2. Стратосфера характеризуется стабильностью, высоким содержанием О3 и низким содержанием паров Н2О. Для тропосферы, содержащей примерно 80% массы атмосферного воздуха, характерны высокая турбулентность и изменчивость погоды, низкое содержание О3 и высокое паров Н2О.
С учетом выполненных обобщений опыта исследований этой проблемы на рис. 3 [4] представлена детальная схема возможных механизмов влияния авиации на изменение климата через глобальное изменение температуры земной поверхности и уровня океана, причем к основным факторам воздействия на атмосферу относятся, как известно, выбросы продуктов сгорания и прежде всего углекислого газа СО2.
Климатические последствия воздействия в результате деятельности авиации в сопоставлении с аналогичными последствиями деятельности в других секторах экономики производится на основе концепции радиационного воздействия КБ (в единицах Вт/м2), которое является мерой количественной оценки влияния на потенциальное изменение климата. Это указывает на изменение энергетического баланса в системе «земля - атмосфера», причем положительные значения радиационного воздействия ЯБ означают потепление, а отрицательные значения - похолодание климата.
□ 5 □ 6
□ 4 7% 1%
7%
□ 3
22%
□ 1
40%
□ 2
23%
Рис. 1. Количественная оценка мирового потребления для различных источников энергии (график слева), а также выбросов двуокиси углерода СО2 для различных средств наземного водного и воздушного транспорта (график справа):
1 - нефтепродукты; 2 - природный газ; 3 - уголь; 4 - гидроэлектростанции; 5 - атомные электростанции; 6 - геотермальные, солнечные, ветровые, др. источники возобновляемой энергии;
7 - легкие средства дорожного транспорта; 8 - авиация; 9 - тяжелые грузовики;
10 - морские суда; 11 - железнодорожный и внутренний водный транспорт.
Рис. 2. Структура и основные элементы атмосферы на высотах до 50 км, определяющие особенности и возможные механизмы воздействия авиации на глобальный климат:
1 - коротковолновая радиация ультрафиолета (ИУ) поглощается озоном, вызывая нагрев атмосферы;
2 - примерно половина солнечной радиации достигает земной поверхности, вызывая ее нагревание;
3 - парниковые газы, включающие пары Н2О, СО2, СН4 и О3, которые оказывают непосредственное воздействие на глобальный климат.
Рис. 3. Схема возможных механизмов влияния авиации на изменение климата непосредственно через химические реакции или микрофизические процессы под влиянием эмиссии С02, КОх, Н20, Б02 и частиц сажи при полете самолетов, приводящих к глобальному изменению температуры земной поверхности (АТб) и росту глобального среднего уровня океана (Ашб1)
Некоторые количественные результаты оценки влияния радиационного воздействия ЯБ на показатели возможного глобального изменения климата представлены на рис. 4 и 5 [ 4 ], из которых следует, что определяющее воздействие при полетах ВС оказывают СО2, О3, СН4 и инверсионные следы. В меньшей степени на показатель влияют сульфатные аэрозоли и сажа. Однако в настоящее время отсутствует надежная оценка воздействия перистых облаков.
Согласно выполненной оценки [4-8], радиационное воздействие, обусловленное полетами ВС в 1992 году (рис. 6) составляло 0,05 Вт/м2 или примерно 3,5% от общего радиационного воздействия, обусловленного всеми видами деятельности человека. Эти оценки учитывают последствия изменения концентрации ПГ, аэрозолей и инверсионных следов, но не учитывают возможных изменений, связанных с перистыми облаками. Оценка предполагаемого радиационного воздействия, обусловленного эмиссией дозвуковых ВС, в 2050 году составит 0,19 Вт/м2 или 5% от аналогичного воздействия для сценария МГЭИК ожидаемой эмиссии, обусловленной всеми видами антропогенной деятельности с учетом увеличения численности населения, темпов экономического роста, развития техники, состава энергоносителей и использования различных видов топлива в период 1990-2100 гг. Оценки показывают, что к 2050 году степень общего радиационного воздействия ЯБ может достигать величины 3,8 Вт/м2.
Предполагаемое воздействие эмиссии на климат при внедрении в практику ГА сверхзвуковых гражданских самолетов второго поколения (крейсерские полеты СТС-2 осуществляют на высотах 18-20 км) показано на рис. 7. Эти данные получены в предположении начала введения их в эксплуатацию в 2015 году, парк которых к 2040 году возрастет до 1000 самолетов. В этом случае к 2050 году эксплуатация смешанного парка дозвуковых и сверхзвуковых самолетов приведет к дополнительному увеличению показателя ЯБ на 0,08 Вт/м2, а полное радиационное воздействие достигнет 0,19 Вт/м2, что соответствует исходному сценарию, причем большая часть дополнительного воздействия обусловлена повышением уровня концентрации паров Н2О в атмосфере.
■ ■■■■■і»-----1
0 12 3 4
Показатель RF (Вт/м2)
t.... I '■ I »
0 1 2
ATs( °С) и Л ( °С на ед. Вт/м2)
Рис. 4. Оценка распределения показателя радиационного воздействия RF (в единицах Вт/м ) по высоте (мелкий пунктир), влияние на изменение температуры земной поверхности (AT s) (тонкий пунктир) и параметр чувствительности к изменению климата X (сплошная линия)
90S uOS 3PS і' jiiN1 60N WN
Широт
Рис. 5. Зональное и среднегодовое изменение дисбаланса радиационного воздействия ЯБ
2
(в единицах Вт/м ), обусловленного выбросами СО2, СН4, озона и инверсионных следов [4]
I
вр
5
а
с
I
8
Ъ
5
э
а
5Г
«а
а
5
-1
'1
“Г---------1---------1----------1---------Г-------^ .
С02 СН, N,0 СРСк КРСг в 5 2
|<5 К I
« О т
Рис. 6. Оценка масштабов общих выбросов ЗВ (а) и механизмы влияния, обусловленные эмиссией парка гражданских самолетов (Ь), эксплуатируемых в 1992 году [4]
Рис. 7. Оценка ожидаемых масштабов выбросов ЗВ (а), факторы влияния, обусловленные эмиссией типичного парка дозвуковых гражданских самолетов, эксплуатируемых в 2050году (Ь) с учетом внедрения ограниченного парка сверхзвуковых самолетов (с) по данным [4]
При дальнейшем анализе важно учитывать результаты более детальных исследований воздействия авиации на глобальный климат, систематизированных в работах [9-10].
На проблему глобального изменения климата существуют различные точки зрения, однако последние результаты количественной оценки глобального потепления рис. 8 (график вверху) и основных его последствий, выполненной экспертами (МГЭИК) [11], дополнительно дают основание считать изложенную в статье точку зрения правильной.
Рис 8. Результаты выполненной в последнее время Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) количественной оценки глобального потепления климата (график вверху) и основных его последствий, вызывающих рост уровня мирового океана и уменьшения площади снежного покрова в Северном полушарии, отмеченных на среднем и ниж-нем графике (по данным Отчета МГЭИК за 2007 год Climat change 2007: synthesis report.
Summary for policymakers, 2007, 22p.
График вверху - глобальная средняя температура земной поверхности (°С)
Средний график - изменение глобального среднего уровня океана (мм)
График внизу - поверхность снежного покрова в Северном полушарии (млн. км2)
ЛИТЕРАТУРА
1. Резолюция Ассамблеи А35-5 «Сводное заявление о постоянной политике и практике ИКАО в области охраны окружающей среды». Действующие резолюции Ассамблеи (по состоянию на 8 октября 2004 года), 2005, док. 9848, часть 1, с. 36-48.
2. Обновленная резолюция Ассамблеи «Сводное заявление о постоянной политике и практике ИКАО в области охраны окружающей среды», принятой на 36-й сессии Ассамблеи в сентябре 2007 года (по данным док. А36-WP/355, 2007, 43 с).
3. Доклад 7-го совещания Комитета ИКАО по охране окружающей среды от воздействия авиации (Монреаль, февраль 2007 года). Док. 9886, САЕР/7, 548 с.
4. Монография «Авиация и глобальная атмосфера» //Aviation and the global atmosphere. Ed. by J.E.Penner et al. Cambridge Univ. Press, 1999, 388 p.
5. Эксплуатационные возможности сведения к минимуму потребления топлива и уменьшения эмиссии. Циркуляр ИКАО 303-AN/176, 2004, 138 с.
6. IPCC Climate change 2007: the physical science basis-summary for policymakers. Paris, Feb-ruary 2007, 21p.
7. Инструктивный материал по сбалансированному подходу к управлению авиационным шумом. Док. ИКАО 9829-AN/451, 2004, 70 с.
8. Уотсон Роберт. В докладе МГЭИК дается оценка воздействия мирового самолетного парка на климат и атмосферный озон // ИКАО, 1999. - № 3. - С. 38-41.
9. Исследование влияния дозвуковых самолетов на атмосферу с учетом внедрения новых технологий снижения эмиссии авиадвигателей. //Atmospheric effects of subsonic aircraft: in-terim assessment report of the advanced subsonic technology program. Ed. by R.R.Friedl. NASA RP 1400, 1997, 168 p.
10. Воздействие авиации на атмосферу //Rogers H.L. et al. The impacts of aviation on the atmosphere. Aeronaut. J., Oct., 2002, p. 521-546.
11. Climat change 2007: synthesis report. Summary for policymakers, 2007, 22p.
PRACTICE AND PROGRAM OF ICAO ACTIONS AIMED AT REDUCING THE CIVIL AVIATION EFFECT ON THE GLOBAL CLIMATE OF THE PLANET: THE POINT OF THE MATTER AND
POSSIBLE MECHANIZES OF INFLU-ENCE.
Melnikov B.N., Munin A.G., Bolshunov Ju. A.
Peculiarities of the Assembly Resolution A35-5 of 2004 are considered with was declared in 2007, relative to the policy and to practice of ICAO in the filed the environment protection, where for the first time a provision is made for realizing the systematic research aimed at reducing the civil avia-tion effect on the global climate, main directions of the work projected and same results of the ear-lier investigations made in this field; an urgency of the direction associated with the development of measures for increasing the fuel efficiency of aircraft park being in service in Russian airlines is emphasized
Сведения об авторах
Мельников Борис Николаевич, 1935 г.р., окончил ХАИ (1960), кандидат технических наук, возглавляет отдел охраны окружающей среды от воздействия авиации ГосНИИ ГА, автор более 10 научных работ, область научных интересов - регламентация и снижение неблагоприятного влияния авиационного шума и выбросов авиадвигателями загрязняющих веществ.
Мунин Анатолий Григорьевич, 1927 г.р., окончил Казанский авиаинститут (1952), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой гидродинамики и аэроакустики МФТИ, советник дирекции ЦАГИ, автор более 100 научных работ, область научных интересов - авиационная акустика, воздействие авиации на окружающую среду.
Большунов Юрий Александрович, 1960 г.р., окончил МИИГА (1983), сотрудник ОАО «Аэрофлот», область научных интересов - инженерная экологии, экологическая безопасность ГА
