未雨绸缪：如果有人以碳排放质疑中国航天发展，怎么办？

脚踏实地，仰望星空

前言

手里有数，心中不慌。

随着“碳排放”、“碳达峰”进入国家最高决策范畴，任何工业行业都不再能忽视它们的存在，包括航天。

我国增加航天发射是大势所趋，而国内外越来越流行使用煤油和甲烷这两种含碳燃料作为推进剂。航天的环保或者说碳中和问题，未来会不会成为行业发展的重大成本？

今天我们就通过简单定性计算，看看结果。

为了方便讨论，笔者虚构了一型起飞重量4000吨级运载火箭，其载荷相当于规划中的长征9号超重型火箭，使用液氧甲烷作为推进剂组合。那么火箭能够产生二氧化碳排放的环节共有6个，如下图：

1

甲烷燃烧     

甲烷燃烧生成水和二氧化碳。在化学反应中，碳原子只是从甲烷迁移到了二氧化碳上，因此二氧化碳重量与甲烷重量的比值，恰好等于两者分子量的比值。

已知甲烷重1000吨，甲烷CH4分子量16，二氧化碳CO2分子量44。则该部分二氧化碳重量为：

1000*44/16=2750吨

2

甲烷制取     

实践中，制取液态甲烷并不是航天部门的工作，后者可以直接从市面购买LNG（液化天然气，近似于纯甲烷）使用。但本着“料己从严”的原则，我们将制取液态甲烷过程中的碳排放也算到航天部门身上，而这部分排放来源可以认为是制取过程中所使用电力。

甲烷生产过程中用了多少电？这个问题非常复杂，但我们还是可以“料己从严”的原则简化估算。市面上可以3000元/吨的价格买到LNG，我们假设这就是LNG的成本，且全部来自于电力。

我国目前工业电价约1元/度；每发出1度电对应产生1千克二氧化碳。由此不难算出制取1000吨甲烷将产生二氧化碳：

3000吨。

3

甲烷损耗     

喜欢航天的朋友应该注意过这个场景：一些火箭发射前，箭体上会嘶嘶冒白雾。

长征5号B火箭发射场景，注意左侧起飞前的“白雾”。摄影：屠海超

这是因为箭体内部的液氧、液氢、液态甲烷等都属于在零下一两百度就会沸腾的低温液体。它们被注入箭体后，由于内外温差，总有部分液体气化，这些气体必须及时排出以免箱体超压破裂。大家看到的白雾就是低温气体排出时被冷凝的空气中水蒸气。

甲烷加注会持续8小时以上，期间大约损失5%，数量不大，但甲烷是强温室气体，同等质量下其造成的温室效应是二氧化碳的20余倍。因此我们再次“料己从严”，将损耗甲烷也按温室效应折合成二氧化碳进行计算，其对应碳排放量与箭体内部用于燃烧的甲烷相当：

2750吨。

4、5

液氧制取和损耗     

这部分分析方法与LNG制取部分类似。高品质液氧市面价格约3000元，火箭加注了3000吨液氧，则其制取过程中碳排放量约为：

9000吨

加注过程中液氧损耗率与甲烷类似。由于氧气不是温室气体，因此泄出氧气产生的影响可以忽略不计。

6

箭体制造    

这部分没有直接数据，但可以类比其它产品。

小汽车的材料与火箭类似。据英国新能源汽车学者 Lindsay Wilson 估算，在小汽车制造过程中，每千克车体产生约5千克二氧化碳排放。400吨的火箭如果套用这一数据，制造过程中二氧化碳排放量是：

2000吨。

综上计算，虚拟火箭每次发射碳排放量汇总如下：

7

1.95万吨二氧化碳 / 单次发射意味着？    

从排放量的角度看，1.95万吨相当于大约6000吨汽油完全燃烧产生的二氧化碳重量。3座加油站一年就可以售出那么多的汽油，而我国加油站总量是10万。

从吸收温室气体的角度看，仅仅是面积占全国森林2%的浙江省林地，每年就可以吸收6000万吨二氧化碳，相当于3000多次发射；即便面积只相当于北京奥森公园的林地，一个月时间也足够消纳单次发射的影响。

还需要注意的是，前面计算过程中我们将排放量全部按高值估算，实际排放量只会少于计算结果；同时用于估算的虚拟火箭已经是我国在研的最大型号，其一次发射的运力几乎就相当于目前中国航天全年的载荷，因此中国航天即便“阔绰”了，每年的碳排放总量也只相当于2、3次发射，不能再多了。

因此，航天对碳排放的影响基本可以忽略不计。就算必须考虑，碳中和的难度也不大。

放心去飞吧~

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