Несколько недавних исследований показали, что внесение небольших правок в маршруты для незначительной доли авиарейсов может существенно замедлить глобальное потепление. Теперь же новая работа подтверждает: эти изменения могут оказаться весьма бюджетными.
Главный повод для беспокойства, связанный с авиацией, — это выбросы углекислого газа при сжигании топлива. Однако самолеты выпускают в атмосферу также тепло, водяной пар и твердые частицы, которые при определенных условиях — в холодных, влажных и ледяных слоях атмосферы — формируют тонкие облака, известные как инверсионные следы (конденсационные следы).
Когда множество рейсов проходят через такие зоны, эти следы превращаются в перистые облака, которые действуют как одеяла, задерживая тепловое излучение, уходящее от поверхности Земли.
По некоторым оценкам, это явление, связанное с образованием перистых облаков, может отвечать примерно за 35% общего вклада авиации в изменение климата, что составляет около 1%–2% от общемирового потепления.
Ирония заключается в том, что малая доля рейсов — всего от 2% до 10% от общего числа — создает около 80% этих следов. Поэтому большая надежда возлагается на простое перенаправление этих конкретных рейсов, что обещает стать рычагом с высоким КПД, требующим низких затрат и дающим быстрый эффект в борьбе с потеплением.
Прошлым летом Breakthrough Energy, Google Research и American Airlines отчитались об обнадеживающих результатах совместной работы, впервые освещенных в The New York Times. Они использовали спутниковые снимки, метеоданные, программные модели и инструменты прогнозирования на основе ИИ, чтобы направлять пилотов над зонами или под ними, где формирование следов было маловероятно. American Airlines применила эти инструменты в 70 тестовых полетах в течение полугода, и последующие спутниковые данные показали сокращение общей длины следов на 54% по сравнению с неперенаправленными рейсами.
Конечно, внедрение такой стратегии сопряжено с расходами. Как правило, уклонение от этих зон требует большего расхода топлива, а значит, и повышенных выбросов парниковых газов (об этом нюансе мы поговорим ниже).
Больше топлива — выше затраты, и авиакомпании вряд ли станут добровольно внедрять подобные меры, если это окажется слишком дорого.
Новое исследование, опубликованное в Environmental Research: Infrastructure and Sustainability, как раз исследовало этот вопрос. Ученые объединили коммерческие инструменты для оптимизации траекторий полетов с моделями, которые симулировали почти 85 000 внутренних и международных рейсов American Airlines при различных погодных условиях прошлым летом и этой зимой.
В этих симуляциях исследователи обнаружили, что снижение согревающего эффекта инверсионных следов на 73% повлекло за собой увеличение расхода топлива всего на 0,11% и общее удорожание на 0,08% в среднем по десяткам тысяч рейсов. (Для избежания следов, усиливающих потепление, в симуляциях потребовалось скорректировать всего около 14% полетов.)
«Разумеется, существует компромисс между дополнительным топливом и сокращением вредных следов; это реальность, и это одна из главных проблем этого климатического решения», — говорит Марк Шапиро, один из авторов статьи и руководитель группы по инверсионным следам в Breakthrough Energy, организации, основанной Биллом Гейтсом для стимулирования инноваций в сфере чистой энергетики и борьбы с изменением климата. «Но мы показываем в этой статье, что дополнительный расход топлива оказался намного меньше, чем мы ожидали».
По его словам, авиакомпании могли бы использовать такие коммерческие инструменты для принятия решений, балансирующих их финансовые и климатические цели. Например, они могли бы разрешать полеты, образующие следы, в тех случаях, когда стоимость изменения маршрута была бы особенно высокой.
Другие исследовательские группы и авиаперевозчики также изучают эту концепцию в рамках проектов, включая сотрудничество Delta с Департаментом аэронавтики и астронавтики Массачусетского технологического института (MIT) здесь. (MIT Technology Review принадлежит MIT, но сохраняет редакционную независимость.)
Существуют и другие подходы к снижению образования инверсионных следов, включая переход на другие виды топлива или дальнейшую разработку более совершенных электрических или водородных самолетов.
Однако исследования на сегодняшний день показывают, что перенаправление рейсов может оказаться одним из самых простых способов существенного снижения потепления, вызванного следами.
«Пока все выглядит очень многообещающе: это самый дешевый и быстрый способ снизить климатическое воздействие авиации», — отмечает Стивен Барретт, глава департамента MIT.
Он добавляет, что найти любой способ добиться прогресса в авиации в ближайшей перспективе крайне важно, поскольку разработка и внедрение масштабируемых и доступных решений для устранения выбросов от сжигания тяжелого топлива, вероятно, займет много времени.
Но потребуются дополнительные модельные исследования и эксперименты в реальных условиях, чтобы доказать, что подход, известный как «избегание инверсионных следов», работает так же эффективно, как ожидается.
Барретт отмечает, что исследователям все еще необходимо протестировать, усовершенствовать и разработать системы, способные надежно прогнозировать, когда и где образуются следы, с достаточным запасом времени для перенаправления самолетов, и все это в условиях постоянно меняющейся погоды.
Существуют и другие сложные моменты, которые нужно разрешить. Например, перистые облака могут также снижать потепление, отражая коротковолновое солнечное излучение. Потери этого охлаждающего эффекта должны быть учтены в любом расчете чистого результата — или, возможно, это можно избежать. Скажем, Шапиро предполагает, что первоначальная стратегия может заключаться в перенаправлении полетов только в ранние вечерние и ночные часы, что исключило бы фактор отражения солнечного света.
Кроме того, любое снижение потепления от избегания следов должно с лихвой компенсировать дополнительное потепление от увеличения загрязнения парниковыми газами. Это становится более сложным вопросом, когда мы оцениваем, что важнее: краткосрочное или долгосрочное потепление. Необразование следов дает немедленную выгоду, но дополнительный углекислый газ может десятилетиями проявлять свое полное согревающее воздействие и сохраняться сотни или тысячи лет.
Новое исследование, по крайней мере, показало, что даже с учетом дополнительных парниковых газов избегание следов снижает чистое потепление как в 20-летней, так и в 100-летней перспективе, хотя и в меньшей степени во втором случае. Но и это требует дальнейшей оценки в дополнительных исследованиях.
Еще один открытый вопрос: смогут ли ограничения воздушного пространства и узкие места в трафике ограничить способность авиакомпаний регулярно перенаправлять необходимые рейсы.
В качестве следующего шага Breakthrough Energy надеется работать с авиакомпаниями для изучения этих вопросов путем масштабирования реальных полетов и наблюдений.
Но даже если последующие исследования продолжат указывать на то, что это быстрый и доступный способ смягчить потепление, остается неясным, предпримут ли это авиакомпании, если регуляторы их не обяжут. Хотя затраты на топливо, необходимые для обеспечения работы, могут быть крошечными в процентном отношении, они могут быстро накапливаться в масштабах всего парка и в долгосрочной перспективе.
Тем не менее, авторы исследования утверждают, что они продемонстрировали: избегание следов может обеспечить «массивную немедленную климатическую выгоду по более низкой цене, чем большинство других климатических интервенций». По их мнению, этот подход «должен стать одним из основных направлений внимания авиации в ближайшие годы».
