항공이 환경에 미치는 영향

항공기 엔진은 화석연료 연소로 인해 가스, 소음, 미립자를 배출하며, 이는 지구적 영향과 지역 대기질에 미치는 영향 모두에서 환경적 우려를 낳는다.

여객기는 가장 잘 이해되는 온실 기체인 이산화 탄소()를 배출하고, 과학적 이해가 덜한 질소 산화물, 비행운 및 미립자를 배출함으로써 기후변화에 기여한다.
이들의 복사강제력은  단독의 1.3~1.4배로 추정되며, 과학적으로 잘 이해되지 않는 유발 권운은 제외된다.
2018년 전 세계 상업 운항은 전체  배출량의 2.4%를 차지했다.

여객기는 1967년에서 2007년 사이에 연료 효율이 약 70% 향상되었으며, 2018년의 유상 톤-킬로미터 (RTK) 당  배출량은 1990년의 47%였다. 2018년에는 유상 승객 1인당 킬로미터당 평균 88그램의 가 배출되었다.

항공 산업이 연료 효율적임에도 불구하고, 항공 여행량이 증가함에 따라 전반적인 배출량은 증가했다. 2020년까지 항공 배출량은 2005년보다 70% 증가했으며 2050년까지 300% 증가할 수 있다.

항공기 소음은 잠을 방해하고, 어린이의 교육에 부정적인 영향을 미치며, 심혈관 위험을 증가시킬 수 있다.

공항은 제트 연료와 제빙 화학물질을 광범위하게 취급하기 때문에 수질 오염을 유발할 수 있으며, 억제되지 않으면 인근 수역을 오염시킨다.

항공 활동은 오존과 초미세먼지를 배출하며, 이 둘 모두 건강 위험 요소이다. 일반 항공에 사용되는 피스톤 엔진은 Avgas를 태우며 독성 납을 방출한다.

항공의 환경 발자국은 항공기의 연료 경제성 개선, 또는 항공 교통 관제 및 항공로 최적화를 통해 , 미립자 또는 비행운으로 인한 비- 기후 영향을 줄일 수 있다.
바이오 연료, 배출권 거래제 및 탄소 상쇄는 국제 민간 항공 기구의 CORSIA의 일부이며,  배출량을 줄일 수 있다. 단거리 항공편 금지, 기차 연결, 개인적인 선택 및 항공 과세 및 보조금을 통해 항공 사용을 줄일 수 있다. 연료 동력 항공기는 하이브리드 전기 항공기 및 전동항공기 또는 수소 동력 항공기로 대체될 수 있다.
2021년부터 IATA 회원사들은 2050년까지 탄소 순배출 제로를 계획하고 있으며, 2022년에는 ICAO가 이를 따랐다.

 기후변화 

 요인 
class=skin-invert-image|섬네일|upright=1.35|2020년 추정치 항공 배출로 인한 복사강제력

항공기는 가스(이산화 탄소, 수증기, 질소 산화물 또는 일산화 탄소 − 방출 시 산소와 결합하여 가 됨)와 대기 미립자(불완전 연소된 탄화수소, 황 산화물, 블랙카본)를 배출하며, 이들은 서로 상호작용하고 대기와 상호작용한다.
동력 항공기에서 배출되는 주요 온실 기체는 이지만, 여객기는 대류권계면을 비행하면서 네 가지 방식으로 기후변화에 기여한다:

 이산화 탄소 ()
  배출은 기후변화에 가장 중요하고 가장 잘 이해되는 기여 요인이다.  배출의 영향은 고도에 관계없이 유사하다. 공항 지상 차량, 승객과 직원이 공항에 접근하는 데 사용하는 차량, 공항 건설 및 항공기 제조로 발생하는 배출량 또한 항공 산업의 온실 기체 배출에 기여한다.

 질소 산화물 (, 일산화 질소 및 이산화 질소)
 대류권계면에서  배출은 상부 대류권에서 오존() 형성을 촉진한다. 고도 에서  배출은 지표면  배출보다 더 높은  농도를 유발하며, 이는 더 큰 지구 온난화 효과를 가져온다. 지표면  농도의 영향은 지역적이고 국지적이지만, 중간 및 상부 대류권 수준에서는 전 세계적으로 잘 혼합된다.  배출은 또 다른 온실 가스인 메테인의 주변 농도를 감소시켜 기후 냉각 효과를 유발하지만,  형성 효과를 상쇄하지는 못한다. 항공기 황 및 수증기 배출은 성층권에서 를 고갈시키는 경향이 있어  유발  증가를 부분적으로 상쇄하지만, 이러한 효과는 정량화되지 않았다. 경량 항공기와 소형 통근 항공기는 대류권계면이 아닌 대류권 하부에서 비행한다.

섬네일|비행운과 권운
 비행운과 권운
 연료 연소는 수증기를 생성하며, 이는 높은 고도에서 춥고 습한 조건에서 응축되어 눈에 보이는 선형 구름, 즉 비행운을 형성한다. 이들은  배출량보다 덜 중요하지만 지구 온난화 효과가 있는 것으로 생각된다. 비행운은 저고도 항공기에서는 흔하지 않다. 지속적인 비행운 형성 후 권운이 발달할 수 있으며, 추가적인 지구 온난화 효과를 가질 수 있다. 이들의 지구 온난화 기여도는 불확실하며, 항공의 전체 기여도를 추정할 때 종종 권운 증가는 제외된다.

 미립자
 다른 배출물과 비교할 때, 황산염과 그을음 입자는 직접적인 효과가 작다. 황산염 입자는 냉각 효과를 가지고 복사를 반사하는 반면, 그을음은 온난화 효과를 가지고 열을 흡수하며, 구름의 특성과 형성은 입자의 영향을 받는다. 입자에서 진화하는 비행운과 권운은  배출량보다 더 큰 복사강제력 효과를 가질 수 있다. 그을음 입자는 응결핵 역할을 할 만큼 충분히 크기 때문에 대부분의 비행운 형성을 유발하는 것으로 생각된다. 그을음 발생은 제트 연료의 방향족 화합물을 줄임으로써 감소될 수 있다.

1999년, IPCC는 1992년 항공의 복사강제력이  단독의 2.7(2~4)배로 추정된다고 밝혔다. 단, 권운 증가의 잠재적 영향은 제외되었다.
이는 2000년에 업데이트되어 항공의 복사강제력이 47.8 mW/m2로 추정되었는데, 이는  배출 단독 효과인 25.3 mW/m2의 배이다.

2005년, 데이비드 S. 리(David S. Lee) 등이 과학 저널 Atmospheric Environment에 발표한 연구는 항공으로 인한 누적 복사강제력 효과를 55 mW/m2로 추정했는데, 이는 유발 권운을 제외한 누적  배출 단독 복사강제력 효과인 28 mW/m2의 두 배이다.
2012년 찰머스 대학교의 연구는 항공 유발 권운을 포함하지 않을 경우 이 가중치 계수를 1.3~1.4로, 포함할 경우 1.7~1.8(1.3~2.9 범위 내)로 추정했다. 이 비율은 항공 활동이 어떻게 성장하는지에 따라 달라진다. 성장이 기하급수적이면 비율은 일정하다. 그러나 성장이 멈추면 항공으로 인한 대기 중 는 계속 증가하는 반면 다른 효과는 정체되므로 비율은 낮아질 것이다.

NOx–O3–CH4 상호작용, 항공기에서 생성되는 비행운 형성, 그을음 에어로졸이 권운에 미치는 영향 및 비-CO2 복사강제력 측정에 대한 불확실성은 여전히 존재한다.

2018년, 는 항공의 유효 복사강제력(ERF, 지표면 기준)의 34.3 mW/m2를 차지했으며, 높은 신뢰 수준 (± 6 mW/m2)을 보였다. 는 낮은 신뢰 수준(± 14)으로 17.5 mW/m2, 비행운 권운은 역시 낮은 신뢰 수준(± 40)으로 57.4 mW/m2를 차지했다.
모든 요인을 합치면 비행운 권운을 제외할 경우 43.5 mW/m2( 단독의 배)를, 포함할 경우 101 mW/m2 (±45)를 나타냈으며, 이는 인위적 ERF인 2290 mW/m2 (± 1100)의 3.5%에 해당한다. 다시 한번, 의 영향은 비행운과 권운의 영향과 달리 해마다 축적된다는 점을 기억해야 한다.

 규모 

2018년까지 항공사 교통량은 43억 명의 승객과 3,780만 건의 출발을 기록했으며, ICAO에 따르면 항공편당 평균 승객 명과 8조 2천 6백억 RPK를 기록하여 평균 이동 거리는 였다.
교통량은 외부 충격에도 불구하고 꾸준히 성장하여 15년마다 두 배로 증가했으며, 연평균 4.3%의 성장률을 보였고 에어버스는 이러한 성장이 계속될 것으로 예상하고 있다.
항공 산업이 연료 효율적임에도 불구하고, 기술 발전과 운영 개선을 통해 1990년 대비 항공편당 연료 소모량을 절반으로 줄였음에도 불구하고, 항공 여행량이 증가함에 따라 전반적인 배출량은 증가했다.
1960년과 2018년 사이에 RPK는 1,090억에서 8조 2,690억으로 증가했다.

1992년, 항공기 배출량은 전체 인위적  배출량의 2%를 차지했으며, 50년 동안 전체 인위적  증가량의 1%를 약간 넘게 누적시켰다.
2015년까지 항공은 전 세계  배출량의 2.5%를 차지했다. and  via 
2018년, 전 세계 상업 운항은 9억 1,800만 미터톤의 를 배출했으며, 이는 전체  배출량의 2.4%에 해당한다. 이 중 여객 운송이 7억 4,700만 미터톤, 화물 운송이 1억 7,100만 미터톤이었다.
1960년과 2018년 사이에  배출량은 연간 만 미터톤에서 10억 3,400만 미터톤으로 6.8배 증가했다.
2013년과 2018년 사이에 항공편 배출량은 32% 증가했다.

class=skin-invert-image|섬네일|EU ETS 내 유럽 경제 지역 항공 온실가스 배출량, 상위 10개 배출국 표시 (2013–2019).

1990년과 2006년 사이에 유럽 연합의 항공 분야 온실가스 배출량은 87% 증가했다.

2010년, 항공 배출량의 약 60%는 교토 의정서의 배출량 감축 목표에서 제외된 국제선에서 발생했다. 국제선은 개별 국가 규제의 중복을 피하기 위해 파리 협정 (2015년)의 적용도 받지 않는다. 그러나 이 협정은 국제 민간 항공 기구에 의해 채택되었으며, 항공사의 탄소 배출량을 2020년 수준으로 제한하는 동시에 항공사가 다른 산업 및 프로젝트에서 탄소 크레딧을 구매할 수 있도록 허용한다.

1992년, IPCC는 항공기 복사강제력을 전체 인위적 복사강제력의 3.5%로 추정했다.

 승객 1인당 
class=skin-invert-image|섬네일|1950년과 2018년 사이에 승객 1인당 효율성은  1kg당 0.4 RPK에서 8.2 RPK로 증가했다.

2007년까지 비용의 28%를 차지하는 만큼, 항공사들은 연료 소비를 줄여 환경 발자국을 줄일 강력한 동기를 가지고 있다.
여객기는 1967년에서 2007년 사이에 연료 효율이 70% 향상되었다.
여객기의 연료 효율은 지속적으로 향상되고 있으며, 개선의 40%는 엔진에서, 30%는 기체에서 비롯된다.
효율성 향상은 제트 시대 초기에 더 컸으며, 1960년부터 1980년까지 55~67% 증가했고 1980년부터 2000년까지 20~26% 증가했다.

신형 항공기의 평균 연료 소모량은 1968년부터 2014년까지 45% 감소했으며, 이는 가변적인 감소율로 연평균 1.3%의 감소를 의미한다.
2018년까지 유상 톤-킬로미터 (RTK) 당  배출량은 1990년에 비해 47%로 절반 이상 감소했다.
항공 에너지 집약도는 2000년과 2019년 사이에 21.2 MJ/RTK에서 12.3 MJ/RTK로 % 감소했다.

2018년, 승객 운송의  배출량은 8조 5천억 유상승객킬로미터에 대해 총 7억 4,700만 미터톤이었으며, 이는 RPK당 평균 88그램의 를 의미한다.
영국 BEIS는 장거리 항공편이 승객 1인당 킬로미터당 102g의 를 배출하고, 비-CO2 온실가스 배출량, 수증기 등을 포함하여 254g의  상당량을 배출한다고 계산했다. 이는 영국 국내선 항공편의 경우이다.

ICAO는 2013년에서 2050년 사이에 연간 2%의 효율성 개선을 목표로 하며, IATA는 2009년에서 2020년까지 1.5%를 목표로 하고 2050년까지 2005년 대비  순배출량을 절반으로 줄이는 것을 목표로 한다.

 진화 

1999년, IPCC는 2050년 항공의 복사강제력이 총 인위적 복사강제력의 190 mW/m2 또는 5%를 차지할 수 있으며, 불확실성 범위는 100~500 mW/m2라고 추정했다. 다른 산업이 시간이 지남에 따라 온실가스 배출량을 크게 줄이면, 남은 배출량에서 항공이 차지하는 비중이 증가할 수 있다.

앨리스 보우즈-라킨은 기후 변화 온도 상승을 2°C 미만으로 유지하기 위해 항공 배출량이 20세기 중반까지 연간 전 세계  배출 예산을 완전히 소진할 것이라고 추정했다. 성장 예측이 가장 진보된 기술 예측에서도 항공이 전 세계  배출량의 15%를 생성할 것이라고 보여주므로, 그녀는 2050년까지 위험한 기후 변화 위험을 50% 미만으로 유지하는 것이 기존 시나리오에서 전체 탄소 예산을 초과할 것이라고 추정했다.

2013년 레딩 대학교의 국립 대기 과학 센터는  농도 증가가 21세기 중반까지 대서양 횡단 비행에서 경험하는 난류를 크게 증가시킬 것이라고 예측했다. 이러한 예측은 1979년과 2020년 사이에 심각한 난류 발생이 55% 증가했으며, 이는 풍속의 변화에 기인한다고 보여주는 데이터에 의해 뒷받침된다.

항공기의 효율성 혁신, 동력 장치 및 비행 운영에도 불구하고 항공  배출량은 증가한다.
항공 여행은 계속 성장하고 있다.

2015년, 생물 다양성 센터는 항공기가 2050년까지 의 이산화 탄소를 배출하여 남은 전 세계 탄소 예산의 거의 5%를 소모할 수 있다고 추정했다. 규제가 없을 경우, 전 세계 항공 배출량은 21세기 중반까지 세 배로 증가할 수 있으며, 고성장, 기존 비즈니스 시나리오에서는 연간  이상의 탄소를 배출할 수 있다.
많은 국가들이 파리 협정을 위한 배출량 감축을 약속했지만, 이러한 노력과 약속의 총합은 여전히 불충분하며, 기술 및 운영 발전에도 불구하고 항공기 오염을 해결하지 못하는 것은 실패가 될 것이다.

국제 에너지 기구는 항공이 전 세계  배출량에서 차지하는 비중이 2019년 2.5%에서 2030년까지 3.5%로 증가할 것으로 전망한다.

2020년까지 전 세계 국제 항공 배출량은 2005년보다 약 70% 증가했으며, ICAO는 추가 조치가 없을 경우 2050년까지 300% 이상 증가할 수 있다고 예측한다.

2050년까지 항공이 기후에 미치는 부정적인 영향은 항공기 연료 효율을 2% 증가시키고  배출량을 감소시킴으로써 줄어들 수 있다. 이는 첨단 항공기 기술, 운영 절차 및 재생 가능한 대체 연료를 통해 황산염 에어로졸 및 블랙카본으로 인한 복사강제력을 감소시킬 수 있기 때문이다.

 소음 

섬네일|upright=1.4|베를린 테겔 공항 소음 지도
항공 교통은 항공기 소음을 유발하며, 이는 잠을 방해하고 어린이의 학업 성취도에 부정적인 영향을 미치며 공항 주변 주민들의 심혈관 위험을 증가시킬 수 있다. 야간 비행을 금지하거나 제한함으로써 수면 방해를 줄일 수 있지만, 방해는 점진적으로 감소하며 법률은 국가마다 다르다.

ICAO 14장 소음 표준은 2017년 12월 31일 이후 인증을 위해 제출된 항공기에 적용되며, 55톤 미만 항공기에는 2020년 12월 31일 이후부터 적용된다. 이는 4장보다 7 EPNdB (누적) 조용하다. 연방항공국의 Stage 5 소음 표준은 이와 동등하다. 더 높은 바이패스 비 엔진은 소음을 덜 발생시킨다. PW1000G는 이전 엔진보다 75% 조용하다고 소개된다. 나셀 후면의 톱니 모양 가장자리 또는 '셰브론'은 소음을 줄인다.

연속 하강 접근 (CDA)은 엔진이 거의 유휴 동력 상태일 때 소음이 덜 발생하므로 더 조용하다. CDA는 비행당 지상 소음을 ~1-5 dB 줄일 수 있다.

 수질 오염 
섬네일|과도한 항공기 제빙액은 인근 수역을 오염시킬 수 있다.

공항은 제트 연료, 윤활유 및 기타 화학 물질의 광범위한 사용 및 취급으로 인해 상당한 수질 오염을 유발할 수 있다. 화학 물질 유출은 유출 억제 구조물 및 진공 트럭, 휴대용 둑, 흡수제와 같은 청소 장비로 완화되거나 예방될 수 있다.

추운 날씨에 사용되는 제빙액은 물을 오염시킬 수 있는데, 대부분 지상으로 떨어져 지표면 유출을 통해 인근 하천, 강 또는 해안 수역으로 운반될 수 있기 때문이다. 제빙액은 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌글리콜을 기반으로 한다. 공항은 활주로 및 유도로를 포함한 포장된 표면에 포장 제빙제를 사용하는데, 여기에는 아세트산 칼륨, 글리콜 화합물, 아세트산 나트륨, 요소 (화학) 또는 기타 화학 물질이 포함될 수 있다.

지표수에서 분해되는 동안 에틸렌과 프로필렌 글리콜은 높은 수준의 생화학적 산소 요구량을 발생시켜 수생 생물에 필요한 산소를 소비한다. 프로필렌 글리콜을 분해하는 미생물 개체군은 수층에서 많은 양의 용존 산소를 소비한다.
어류, 대형 무척추동물 및 기타 수생 유기체는 지표수에서 충분한 용존 산소 수준을 필요로 한다. 낮은 산소 농도는 유기체가 충분한 산소 수준이 있는 지역으로 이동할 수 없으면 죽기 때문에 사용 가능한 수생 서식지를 감소시킨다. 저서 생물 개체군은 낮은 DO 수준으로 인해 감소하거나 제거될 수 있으며, 이는 군집의 종 프로필을 변경하거나 중요한 먹이 그물 상호 작용을 변경할 수 있다.

글리콜 기반 제빙액은 인간 및 다른 포유류에게 독성이 있다. 비독성 대체 제빙액에 대한 연구가 진행 중이다.

 대기 오염 

항공은 호흡기 건강 위험 요소인 오존의 주요 인위적 발생원이며, 연간 약 6,800명의 조기 사망을 유발한다.

항공기 엔진은 공항 내부 및 주변에서 초미세먼지 (UFP)를 배출하며, 지상 지원 장비도 마찬가지이다. 이륙 시 연료 1kg당 3~50 × 1015개의 입자가 측정되었고, 엔진에 따라 상당한 차이가 관찰된다. 다른 추정치에는 0.1–0.7그램당 4–200 × 1015개의 입자, 또는 14–710 × 1015개의 입자, 또는 0.046–0.941그램당 0.1–10 × 1015개의 블랙카본 입자가 포함된다.

미국에서는 일반 항공의 4분의 3을 차지하는 167,000개의 피스톤 항공기 엔진이 Avgas를 연소하여 납을 공기 중으로 배출한다. 미국 환경보호청은 1970년에서 2007년 사이에 이로 인해 34,000톤의 납이 대기 중으로 배출되었다고 추정했다. 연방항공국은 흡입하거나 섭취한 납이 신경계, 적혈구, 심혈관 및 면역계에 부정적인 영향을 미친다는 것을 인정한다. 영유아의 납 노출은 행동 및 학습 문제와 낮은 IQ에 기여할 수 있다.

 전용 제트기 여행 
Communications Earth & Environment에 발표된 2024년 연구에 따르면, 전용 제트기 여행으로 인한 이산화 탄소 배출량은 2023년에 1,560만 톤으로 2019년 대비 46% 증가한 것으로 나타났다. 전 세계 인구의 약 0.003%에 해당하는 25만 6천 명의 개인에게만 서비스를 제공함에도 불구하고, 이 산업은 온실가스 배출에 상당한 기여를 하고 있다.

이 연구는 또한 이들 비행의 거의 절반이 500킬로미터 미만의 거리를 이동했음을 강조한다. 더욱이, 많은 비행은 항공기가 승객 없이 이동하는 빈 다리 비행을 포함했으며, 이는 종종 재배치 또는 페리 비행을 위한 것이었다.

전용 제트기 산업은 2033년까지 전 세계 항공기 수가 26,000대로 33% 증가할 것으로 예상되어 추가 성장이 기대된다.

 완화 

항공의 환경 발자국은 항공 여행 감소, 비행 경로 최적화, 배출량 제한, 단거리 비행 제한, 세금 인상 및 항공 산업 보조금 감소를 통해 완화될 수 있다. 또한 기술 혁신은 전동항공기 개발, 바이오 연료, 연료 효율성 향상 등을 통해 환경 및 기후 피해를 완화할 수 있다.

2016년, 국제 민간 항공 기구 (ICAO)는 항공기 연료 효율을 매년 2% 개선하고 2020년 이후의 탄소 배출량을 2010년과 동일한 수준으로 유지하기로 약속했다.
이러한 목표를 달성하기 위해 여러 가지 조치가 확인되었다. 즉, 더욱 연료 효율적인 항공기 기술; 지속 가능한 항공 연료 (SAF)의 개발 및 배치; 개선된 항공 교통 관리 (ATM); 배출권 거래제, 부과금, 탄소 상쇄와 같은 시장 기반 조치, CORSIA 등이다.

2020년 12월, 영국 기후 변화 위원회는 다음과 같이 말했다. "고려되는 완화 옵션에는 수요 관리, 항공기 효율성 개선(하이브리드 전기 항공기 사용 포함), 화석 제트 연료를 대체하기 위한 지속 가능한 항공 연료(바이오 연료, 생물 폐기물 제트 연료 및 합성 제트 연료) 사용이 포함된다."

2021년 2월, 유럽 항공 부문은 2050년까지  배출 제로를 목표로 하는 Destination 2050 지속 가능성 이니셔티브를 발표했다.
 항공기 기술 개선으로 37% 배출량 감소;
 SAF로 34% 감소;
 경제적 조치로 8% 감소;
 ATM 및 운영 개선으로 6% 감소;
한편, 항공 교통량은 2018년부터 2050년까지 연간 1.4% 성장할 것으로 예상된다.
이 이니셔티브는 ACI 유럽, ASD 유럽, A4E, CANSO 및 ERA가 주도한다.
이는 유럽 단일 시장 내 및 출발 항공편에 적용될 것이다. 및 UK.

2021년 10월, IATA는 2050년까지 탄소 순배출 제로를 약속했다. 2022년, ICAO는 2050년 탄소 순배출 제로 목표를 지지하기로 합의했다.

항공 부문은 2050년까지 탈탄소화될 수 있으며, 이를 위해서는 완만한 수요 증가, 효율성 지속 개선, 새로운 단거리 엔진, 더 높은 SAF 생산량, 그리고 비- 강제력을 상쇄하기 위한  제거가 필요하다.
항공 운송 수요와 항공기 효율성이 일정하다면, 항공 탈탄소화에는 2019년 전 세계 바이오 연료 생산량의 거의 5배가 필요하며, 이는 다른 탈탄소화하기 어려운 부문들과 경쟁하고, 비- 강제력을 상쇄하기 위해 0.2~3.4 Gt의  제거가 필요할 것이다.
탄소 크레딧이 SAF보다 저렴하다면 탄소 상쇄가 선호될 수 있지만, 이는 신뢰할 수 없을 수 있으며, 특정 경로 설정을 통해 비행운을 피할 수 있다.
2023년 현재, 연료는 항공사 운영 비용의 20~30%를 차지하는 반면, SAF는 화석 제트 연료보다 2~4배 비싸다.
그린 수소 및 탄소 포집의 예상 비용 감소는 합성 연료를 더 저렴하게 만들 수 있으며, 낮은 원료 비용과 높은 전환 효율성은 FT 및 HEFA 바이오 연료에 도움이 될 것이다.
청정 항공 연료 세금 공제 및 저탄소 연료 표준과 같은 정책 인센티브는 개선을 유도할 수 있으며, 탄소가격제는 SAF의 경쟁력을 높여 학습 곡선 및 규모의 경제를 통해 배치를 가속화하고 비용을 절감할 수 있다.

2023년 왕립학회 연구에 따르면, 순배출 제로를 달성하려면 화석 항공 연료를 저탄소 또는 무탄소 에너지원으로 대체해야 할 것이며, 전지 기술로는 충분한 비에너지를 제공하기 어려울 것이다.
바이오 연료는 항공기 개조가 거의 없이 빠르게 도입될 수 있지만, 규모와 원료 가용성에 제한이 있으며, 저탄소 연료는 소수에 불과하다.
그린 수소를 생산하는 데 필요한 충분한 재생 에너지 생산은 값비싼 도전이 될 것이며, 상당한 항공기 및 인프라 개조가 필요할 것이다.
합성 연료는 항공기 개조가 거의 필요 없지만, 그린 수소 원료와 높은 비용으로 대규모 직접  공기 포집이 필요하다.
저탄소 암모니아 또한 대규모로 값비싼 그린 수소가 필요하며, 상당한 항공기 및 인프라 개조가 필요할 것이다.

IPCC는 제6차 평가 보고서에서 지속 가능한 바이오 연료, 저배출 수소 및 파생물(암모니아 및 합성 연료 포함)이  배출 완화를 지원할 수 있지만, 일부 줄이기 어려운 잔여 GHG 배출량은 남아 있으며, 이산화 탄소 제거 방법을 배치하여 상쇄해야 한다고 언급한다.
2003년 3월 29일, 미국 상원 청문회에서 제로아비아나 유니버설 하이드로겐과 같은 수소 추진 지지자들은 GE 에어로스페이스나 보잉과 같은 기존 기업들이 지속 가능한 항공 연료(SAF)를 지지하는 이유는 기존 인프라에 큰 변화가 필요 없기 때문이라고 불평했다.

Sustainable Aero Lab의 2023년 4월 보고서는 현재 생산 중인 항공기가 2050년 항공기의 대부분을 차지할 것으로 추정한다. 왜냐하면 전동항공기는 충분한 항속 거리를 갖지 못하고 수소 동력 항공기는 충분히 빨리 상용화되지 않을 것이기 때문이다. 주요 탈탄소화 동력은 SAF가 될 것이며, 리저널 제트를 터보프롭 항공기로 교체하고, 구형 제트기를 신형 항공기로 교체하도록 인센티브를 제공하는 것이다.

항공 산업은 청정 연료 옵션의 부족으로 인해 심각한 기후 문제를 겪고 있다. 예를 들어, 최근 조지아주에 란자제트(LanzaJet Inc.)의 2억 달러 규모 시설이 설립되었는데, 이곳은 에탄올을 제트 엔진 호환 연료로 전환하는 최초의 시설이며, 연간 9백만 갤런의 지속 가능한 항공 연료(SAF) 생산을 목표로 한다. 그러나 이 양은 전 세계 수요에 비해 매우 미미하다. 세계 항공사들은 작년에 900억 갤런의 제트 연료를 소비했으며, IAG SA (영국항공의 모회사)와 같은 주요 항공사조차 총 연료 소비량의 0.66%만을 SAF로 사용하고 있으며, 2030년까지 이 비율을 10%로 늘리는 것을 목표로 하고 있다. 미국 2022년 인플레이션 감축법이 2027년에 만료될 예정인 갤런당 1.75달러의 SAF 세금 공제와 같은 인센티브는 SAF 사용을 늘리는 것을 목표로 하며, L.E.K. 컨설팅은 알코올-제트 기술이 다음 10년 중반까지 SAF의 주요 원천이 될 것이라고 예측한다. 한편, 이케로신과 같은 신흥 기술은 기후 영향을 크게 줄일 수 있지만, 전통적인 제트 연료보다 거의 7배 더 비싸 경제적 어려움에 직면해 있으며, Transport & Environment에 따르면 유럽에서 제안된 45개의 액화 연료 발전소의 미래는 불확실하다.

 기술 개선 
 전동항공기 
섬네일|벨리스 일렉트로는 2020년 6월 10일 최초로 형식 인증을 받은 전동항공기이다.

전동항공기 운항은 배출물을 전혀 발생시키지 않으며 전기는 재생 가능 에너지로 생성될 수 있다. 포장 및 부속품을 포함한 리튬 이온 전지는 160 Wh/kg의 에너지 밀도를 제공하는 반면, 항공 연료는 12,500 Wh/kg를 제공한다. 전동 기계 및 변환기가 더 효율적이기 때문에, 사용 가능한 축 동력은 배터리 1kg당 145 Wh에 가까운 반면, 가스 터빈은 연료 1kg당 6,555 Wh를 제공한다. 이는 :1의 비율이다. 콜린스 에어로스페이스에 따르면, 이 1:50 비율은 장거리 항공기의 전동 추진을 금지한다. 2019년 11월까지 독일 항공우주 센터는 2040년까지 대형 전동항공기가 상용화될 수 있다고 추정했다. 대형 장거리 항공기는 2070년까지 또는 21세기 내에 전기화될 가능성이 낮으며, 소형 항공기는 전기화될 수 있다. 2020년 5월 현재, 가장 큰 전동항공기는 개조된 세스나 208B 캐러밴이었다.

영국 기후 변화 위원회(CCC)에게는 거대한 기술 변화가 불확실하지만, 롤랜드 버거 컨설팅은 2016-2018년에 80개의 새로운 전동항공기 프로그램이 있었으며, 소형 항공기는 모두 전기, 대형 항공기는 하이브리드 방식이었다고 지적한다. 상업 서비스는 2030년대 초 런던-파리 등 단거리 노선에서 예상되며, 전동항공기는 2045년 이전에는 예상되지 않는다. 롤랜드 버거는 연료 효율이 매년 1% 개선되고 전동항공기나 하이브리드 항공기가 없다면 2050년까지 항공 분야의  비중이 24%를 차지할 것으로 예측한다. 만약 2030년부터 규제 제한으로 인해 10년 된 항공기가 전동항공기나 하이브리드 항공기로 대체되어 2050년 항공기의 70%를 차지한다면, 이 비중은 3~6%로 떨어질 것이다. 그러나 이는 기존 항공기 기단의 가치를 크게 떨어뜨릴 것이다.
배터리 셀 공급의 제한은 전기차량과 같은 다른 산업과의 경쟁으로 인해 항공 분야에서의 채택을 방해할 수 있다.
리튬 이온 전지는 취약하고 화재에 취약하며 용량이 노후화에 따라 저하되는 것으로 입증되었다. 그러나 나트륨 이온 전지와 같은 대안이 추구되고 있다.

 수소 동력 항공기 

2020년, 에어버스는 2035년을 목표로 하는 액체 수소 동력 항공기 콘셉트를 무배출 항공기로 공개했다.
항공은 전기로 바꿀 수 없는 산업 공정과 마찬가지로 주로 수소 기반 연료를 사용할 수 있다.

EU 클린 스카이 2 및 연료전지 및 수소 합작 기업 2가 수행한 2020년 연구에 따르면, 수소는 2035년까지 단거리 항공기에 동력을 공급할 수 있다. 하이브리드 연료전지/터빈을 사용하는 단거리 항공기(2,000 km 미만)는 20-30%의 추가 비용으로 기후 영향을 70-80% 줄일 수 있고, H2 터빈을 사용하는 중거리 항공기는 30-40%의 추가 비용으로 기후 영향을 50-60% 줄일 수 있으며, H2 터빈을 사용하는 장거리 항공기(7,000 km 초과)도 40-50%의 추가 비용으로 기후 영향을 40-50% 줄일 수 있다. 항공기 기술뿐만 아니라 수소 인프라, 규제 및 인증 표준에 대한 연구 개발이 필요할 것이다.

 지속 가능한 항공 연료 (SAF) 

 이퓨얼 (e-fuels) 
포츠담 기후영향연구소는 수소 기반 e-fuels에 대해 톤당  800-1,200유로의 완화 비용을 보고했다.
이 비용은 2050년까지 톤당  20-270유로로 줄어들 수 있지만, 화석연료를 대체하기에는 충분히 이르지 못할 수도 있다.
기후 정책은 e-연료의 불확실한 가용성의 위험을 감수할 수 있으며, 수소 및 e-연료는 직접 전기화가 불가능할 때 우선순위가 될 수 있다.

 설계 속도 및 고도가 낮은 항공기 

단거리 및 중거리 여객기에 초점을 맞춘 연구 프로젝트에 따르면, 천음속 속도 대신 아음속 속도(약 15% 더 낮은 속도)로 설계하면 기존 설계 속도 및 유사한 크기, 항속 거리, 예상되는 일반 기술 개선 특성을 가진 항공기에 비해 연료를 21% 절약할 수 있다. 더 낮은 마하수와 터보팬 대신 터보프롭 추진은 더 낮은 비행 고도를 유도하며, 이는 비-CO2 배출량의 불균형적으로 높은 감소로 이어진다. 따라서 이러한 고급 터보프롭 항공기는 현재의 단거리 및 중거리 여객기에 비해 60% 이상의 기후 영향 감소를 잠재적으로 달성할 수 있으며, 이는 합성 연료로 전환하기 전의 이야기이다.

 항공 여행 감소 

class=skin-invert-image|섬네일|시간에 따른 소득 5분위별 영국 항공 여행
class=skin-invert-image|섬네일|항공 연료 사용의 전 세계 분포

 조치 
섬네일|2007년 대만 고속철도
ICCT(International Council on Clean Transportation)에 따르면 전 세계 인구의 3%가 정기적으로 항공편을 이용한다고 추정된다.
서부 노르웨이 연구소의 스테판 괴슬링(Stefan Gössling)은 전 세계 인구의 1%가 상업 항공의  배출량 절반을 배출하는 반면, 거의 90%는 특정 연도에 비행하지 않는다고 추정한다.

class=skin-invert-image|섬네일|국내 및 국제선 항공편의 1인당 배출량
2022년 초, 유럽 투자은행은 2021-2022년 기후 설문조사 결과를 발표했는데, 2022년 여름 휴가에 항공편으로 여행할 계획을 가진 30세 미만 유럽인은 52%, 30-64세는 37%, 65세 이상은 25%였으며, 먼 목적지로 항공편을 이용할 계획을 가진 30세 미만은 27%, 30-64세는 17%, 65세 이상은 12%였다.

 단거리 항공편 금지



 비행 수치심
 스웨덴에서는 "비행 수치심" 또는 "flygskam" 개념이 항공 여행 감소의 원인으로 언급되었다. 스웨덴 철도 회사 SJ AB는 2019년 여름에 항공편 대신 기차로 여행을 선택한 스웨덴인이 전년 대비 두 배 증가했다고 보고했다. 스웨덴 공항 운영사 스웨다비아는 2019년 10개 공항 전체 승객 수가 전년 대비 4% 감소했다고 보고했다. 국내선 승객은 9% 감소, 국제선 승객은 2% 감소했다.

 개인 할당량
 기후변화 완화는 모든 성인이 "국가 목표에 따라 시간이 지남에 따라 감소하는 평등한 거래 가능한 탄소 할당량"을 받는 개인 탄소 할당량 (PCA)으로 뒷받침될 수 있다. 모든 사람은 허용된 탄소 배출량을 공유하고 추가 배출량 허용량을 거래해야 할 것이다. 대안은 모든 사람의 비행을 할당하는 것이다. 즉, "개인이 서로 거래할 수 있는 항공 여행에 대한 개별 상한선"을 두는 것이다.

 경제적 조치 
 배출권 거래제 
class=skin-invert-image|섬네일|유럽 연합 배출권거래제의  가격

ICAO는 항공  배출량을 줄이기 위한 배출권 거래제를 승인했으며, 가이드라인은 2007년 ICAO 총회에 제출될 예정이었다. 유럽 연합 내에서 유럽 연합 집행위원회는 2012년부터 운영되는 유럽 연합 배출권거래제에 항공을 포함시켜 항공사 배출량을 제한하고, 효율적인 기술을 통해 배출량을 줄이거나 다른 기업으로부터 탄소 크레딧을 구매하도록 인센티브를 제공하고 있다. 맨체스터 메트로폴리탄 대학교의 항공, 운송 및 환경 센터는 배출량을 줄이는 유일한 방법은 탄소에 가격을 매기고 EU ETS와 같은 시장 기반 조치를 사용하는 것이라고 추정한다.

 과세 및 보조금 

재정적 조치는 항공 승객의 탑승을 억제하고 다른 교통 수단을 장려하며 항공사의 연료 효율 개선을 유도할 수 있다. 항공 과세는 다음을 포함한다:
 항공 승객 세금, 환경적인 이유로 승객이 지불하며, 거리에 따라 변동될 수 있고 국내선 항공편을 포함할 수 있다.
 출국세, 국가를 떠나는 승객이 지불하며, 때로는 항공 외에도 적용된다.
 제트 연료 세금, 항공사가 소비한 제트 연료에 대해 지불한다. 제트 연료 과세는 미국에서는 적용되지만, 유럽 연합에서는 금지되어 있다.
소비자 행동은 지속 불가능한 항공에 대한 보조금을 줄이고 지속 가능한 대안 개발에 보조금을 지급함으로써 영향을 받을 수 있다.
2019년 9월-10월까지 유럽 투자은행의 여론 조사에 따르면 EU 시민의 72%가 항공편에 대한 탄소세를 지지하는 것으로 나타났다.

항공 과세는 모든 외부성을 반영할 수 있으며 배출권 거래제에 포함될 수 있다.
국제 항공 배출량은 ICAO가 2016년 3년마다 열리는 회의에서 CORSIA 상쇄 제도를 합의하기 전까지 국제 규제에서 벗어나 있었다.
항공 연료에 대한 세금이 낮거나 없기 때문에 항공 여행은 다른 교통수단에 비해 경쟁 우위를 가진다.

 탄소 상쇄 
섬네일|upright|항공사의 탄소 상쇄로 발생하는 돈은 종종 풍력 발전소와 같은 녹색 에너지 프로젝트에 자금을 지원한다.
탄소 상쇄는 특정 활동으로 배출된 탄소의 균형을 맞추기 위해 충분한 탄소를 절약하거나 광합성을 통해 식물(예: 식목 또는 재조림을 통해)에 탄소를 다시 흡수시키는 수단이다.

그러나 탄소 크레딧의 영구성과 추가성은 의문이 있을 수 있다. 베라의 검증된 탄소 표준에 의해 인증된 열대우림 상쇄 크레딧의 90% 이상이 실제 탄소 감소를 나타내지 않을 수 있다.

 소비자 옵션 
일부 항공사는 승객에게 재생 에너지 및 미래 기술 연구와 같은 녹색 기술에 투자하여 비행으로 인한 배출량을 상쇄할 수 있는 탄소 상쇄 프로그램을 제공한다. 탄소 상쇄를 제공하는 항공사로는 영국항공, 콘티넨털 항공, 이지젯이 있으며, 에어 캐나다, 에어 뉴질랜드, 델타 항공, 에미레이트 항공, 걸프 에어, 젯스타 항공, 루프트한자, 콴타스 항공, 유나이티드 항공, 버진 오스트레일리아도 포함된다. 소비자는 또한 개별 시장에서 상쇄를 구매할 수 있다. 이에 대한 인증 표준이 있으며, 여기에는 골드 스탠다드와 그린-e가 포함된다.

 국가 탄소 예산 
영국에서는 운송 부문이 발전 부문을 제치고 최대 배출원이 되었다. 여기에는 항공의 4% 기여가 포함된다. 이는 2050년까지 확대될 것으로 예상되며 승객 수요를 줄여야 할 수도 있다. 영국 기후 변화 위원회 (CCC)에 따르면, 1990년 대비 2050년까지 80% 감축이라는 영국의 목표는 2019년에도 여전히 달성 가능했지만, 위원회는 파리 협정이 배출 목표를 강화해야 한다고 제안한다.
그들의 입장은 항공과 같은 문제적 부문의 배출량은 온실 기체 제거, 탄소 포집 및 저장 및 재조림으로 상쇄되어야 한다는 것이다.
영국은 국제 항공 및 해운을 탄소 예산에 포함할 것이며 다른 국가들도 그렇게 하기를 바란다.

 항공사 상쇄 
코스타리카의 네이처 에어처럼 탄소 중립적이거나, 캐나다의 하버 에어 수상 비행기처럼 그렇다고 주장하는 항공사도 있다. 장거리 저비용 항공사인 플라이 팝은 탄소 중립을 목표로 한다.

2019년, 에어 프랑스는 2020년 1월부터 매일 450편의 국내선 항공편(승객 57,000명 수송)에서 발생하는  배출량을 인증된 프로젝트를 통해 상쇄하겠다고 발표했다.
이 회사는 또한 고객에게 모든 항공편에 대한 자발적인 보상 옵션을 제공할 것이며, 2005년 대비 2030년까지 승객/km당 배출량을 50% 줄이는 것을 목표로 한다.

2019년 11월부터 영국 저가 항공사 이지젯(EasyJet)은 대기 탄소 감축 프로젝트에 투자하여 모든 항공편의 탄소 배출량을 상쇄하기로 결정했다.
이 회사는 2019-2020 회계연도에 2,500만 파운드의 비용으로 탄소 중립을 달성한 최초의 주요 운영사라고 주장한다.
2018-2019 회계연도에 승객 1인당  배출량은 전년 78.4g에서 77g으로 감소했다.

2020년 1월부터 영국항공은 탄소 감축 프로젝트 투자를 통해 매일 75편의 국내선 항공편 배출량을 상쇄하기 시작했다.
이 항공사는 연료 효율적인 항공기, 지속 가능한 연료 및 운영 변경을 통해 2050년까지 탄소 중립을 목표로 한다.
해외를 비행하는 승객은 이코노미 클래스 마드리드행 항공편에 1파운드, 비즈니스 클래스 뉴욕행 항공편에 15파운드를 지불하여 비행편을 상쇄할 수 있다.

미국 저가 항공사 제트블루는 2020년 7월부터 국내선 항공편 배출량을 상쇄할 계획을 세웠는데, 이는 미국 주요 항공사 중 최초이다. 또한 2020년 중반부터 핀란드 정유사 네스테에서 폐기물로 만든 지속 가능한 항공 연료를 사용할 계획이다. 2020년 8월, 제트블루는 효율성 개선과 탄소 상쇄를 통해 미국 국내선 항공편에서 완전히 탄소 중립을 달성했다. 델타 항공은 10년 이내에 동일한 목표를 달성하겠다고 약속했다.

2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위해 유나이티드 항공은 옥시덴탈 페트롤리움과 루신 캐피탈 매니지먼트가 공동 소유한 회사인 1PointFive를 통해 미국에 가장 큰 탄소 포집 및 저장 시설을 건설하는 데 투자하고 있으며, 탄소 공학 기술을 사용하여 거의 10%의 상쇄를 목표로 한다.

 항공 교통 관리 개선 
섬네일|개선된 항공 교통 관제는 더 직접적인 경로를 허용할 것이다.

최적화되지 않은 항공 통로보다 더 직접적인 경로와 최적화된 순항 고도를 갖춘 개선된 항공 교통 관리 시스템은 항공사가 배출량을 최대 18%까지 줄일 수 있게 할 것이다. 유럽 연합에서는 1999년부터 EU 국가 간의 중복 영공 제한을 피하고 배출량을 줄이기 위해 단일 유럽 영공이 제안되었다. 2007년까지 단일 유럽 영공의 부재로 인해 연간 1,200만 톤의  배출량이 발생했다. 2020년 9월 현재, 단일 유럽 영공은 아직 완전히 달성되지 않았으며, 이로 인해 60억 유로의 지연 비용과 1,160만 톤의 초과  배출량이 발생했다.

 운영 개선 
class=skin-invert-image|섬네일|대서양 횡단 교통의 경제적 비용과 기후 영향 관계

 비- 배출량
 이산화탄소 외에도 항공은 질소 산화물(), 미립자, 불완전 연소된 탄화수소 (UHC) 및 비행운을 생성한다. 항공로는 최적화될 수 있다. 겨울철 대서양 횡단 비행의 , ,  영향을 모델링한 결과, 서쪽으로 향하는 항공편의 기후 강제력은 최대 60% 감소할 수 있으며, 제트류를 따르는 동쪽으로 향하는 항공편의 경우 약 25% 감소할 수 있다. 이는 더 긴 거리와 더 낮은 고도로 인해 더 많은 연료를 소비하여 10-15% 더 많은 비용이 들지만, 0.5%의 비용 증가로 기후 강제력을 최대 25%까지 줄일 수 있다. 최적 고도보다  (~600m) 낮은 순항 고도는 % 더 낮은 복사강제력을 가지며, 최적 고도보다 2000피트 높은 순항 고도는 % 더 높은 복사강제력을 가진다.

 질소 산화물 ()
 설계자들이 제트 엔진에서  배출량을 줄이기 위해 노력하면서, 1997년과 2003년 사이에 40% 이상 감소했다.  낮은 고도에서 순항하면 로 인한 복사강제력을 5 mW/m2에서 약 3 mW/m2로 줄일 수 있다.

 미립자
 현대식 엔진은 비행 중 어떤 시점에서도 연기가 발생하지 않도록 설계되어 있으며, 초기 제트 엔진에서는 높은 출력 설정에서 미립자와 연기가 문제가 되었다.

 불완전 연소 탄화수소 (UHC)
 불완전 연소로 인해 생성되며, 낮은 압축기 압력 및 상대적으로 낮은 연소기 온도에서 더 많은 불완전 연소 탄화수소가 생성되었지만, 미립자와 마찬가지로 개선된 설계 및 기술을 통해 현대 제트 엔진에서는 제거되었다.

 비행운
 비행운 형성은 약간 증가된 비행 시간으로 순항 고도를 낮춤으로써 줄어들 수 있지만, 이는 특히 유럽과 북미의 영공 용량에 의해 제한될 것이며, 낮은 고도에서의 효율성 저하로 인해 연료 소비가 증가하여  배출량이 4% 증가할 것이다. 비행운 복사강제력은 운항 일정을 통해 최소화될 수 있다. 야간 비행은 항공 교통량의 25%만 차지하지만 강제력의 60-80%를 유발하며, 겨울 비행은 항공 교통량의 22%만 차지하지만 강제력의 절반을 차지한다. 비행의 2%가 비행운 복사강제력의 80%를 차지하므로, 비행의 1.7%에서 높은 습도를 피하기 위해 비행 고도를  변경하면 비행운 형성을 59% 줄일 수 있다. DLR의 ECLIF3 연구는 에어버스 A350을 비행하여 지속 가능한 항공 연료가 비행운 얼음 결정 형성을 56% 감소시키고 그을음 입자를 35% 감소시킨다는 것을 보여준다. 이는 낮은 황 함량뿐만 아니라 낮은 방향족 및 나프탈렌 함량 때문일 수 있다.

 같이 보기 

 각주 

 참고 문헌 
 .

 더 읽어보기 
 기관





 우려 사항

 산업





 연구





 연구






  (오픈 액세스)

분류:대기 오염