现在，麻省理工学院的工程师们提出了一种飞机推进的概念，他们估计这将消除95%的航空氮氧化物排放，从而将相关的过早死亡人数减少92%。

这个概念的灵感来自地面运输车辆使用的排放控制系统。如今，许多重型柴油卡车都装有燃烧后排放控制系统，以减少发动机产生的氮氧化物。研究人员现在提出了一种类似的航空设计，带有电扭曲。

今天的飞机是由固定在机翼下的喷气发动机推动的。每个发动机都装有一个燃气涡轮，当涡轮排出的废气从后部流出时，它为螺旋桨提供动力，使飞机在空气中飞行。由于这种配置，它不可能使用排放控制装置，因为它们会干扰发动机产生的推力。

在新的混合动力或“涡轮电动”设计中，飞机的动力来源仍将是传统的燃气轮机，但它将集成在飞机的货舱内。燃气轮机不是直接为螺旋桨或风扇提供动力，而是驱动同样在货舱里的发电机发电，然后为飞机机翼上安装的电动螺旋桨或风扇提供电力。燃气轮机产生的排放物将被送入一个排放控制系统，该系统与柴油汽车的排放控制系统大致相似，该系统将在将废气排放到大气中之前对其进行清洁。

“这仍然是一个巨大的工程挑战，但没有基本的物理限制，”麻省理工学院航空航天学教授史蒂文·巴雷特说。“如果你想实现航空零排放，这是解决空气污染的一种潜在方法，这很重要，而且在技术上是相当可行的。”

该设计的细节，包括对其潜在燃料成本和健康影响的分析，今天发表在该杂志上能源与环境科学。这篇论文的共同作者是Prakash Prashanth, Raymond Speth, Sebastian Eastham和Jayant Sabnins，他们都是麻省理工学院航空与环境实验室的成员。

半电气化计划

巴雷特和他的团队在调查大众柴油排放丑闻时，萌生了混合动力飞机的想法。2015年，环境监管机构发现，大众汽车故意操纵柴油发动机，仅在实验室测试期间激活车载排放控制系统，使其表面上符合氮氧化物排放标准，但实际上在实际驾驶条件下排放的氮氧化物高达40倍。

在调查排放作弊对健康的影响时，巴雷特也逐渐熟悉了柴油车的排放控制系统。大约在同一时间，他也在研究制造大型全电动飞机的可能性。

巴雷特说:“过去几年的研究表明，你可能会为小型飞机提供电力，但对于大型飞机来说，如果电池技术没有重大突破，这种情况不会很快发生。”“所以我想，也许我们可以从电动飞机上提取电力推进部分，以及已经存在很长时间、超级可靠、非常高效的燃气轮机，并将其与用于汽车和地面动力的排放控制技术相结合，至少可以实现半电动飞机。”

零冲击飞行

在飞机电气化被认真考虑之前，可能有可能实现这样的概念，例如作为喷气发动机后部的附加组件。但巴雷特指出，这种设计将“扼杀”喷气发动机产生的“任何推力流”，从而有效地使这种设计搁浅。

巴雷特的概念绕过了这一限制，将产生推力的螺旋桨或风扇与发电的燃气轮机分开。螺旋桨或风扇将直接由发电机提供动力，而发电机又由燃气轮机提供动力。燃气轮机的废气将被送入一个排放控制系统，这个系统可以像手风琴一样折叠起来，放在飞机的货舱里，与产生推力的螺旋桨完全隔离。

他设想，混合动力系统的大部分——燃气轮机、发电机和排放控制系统——将安装在飞机的腹部，而许多商用飞机的腹部都有足够的空间。

在他们的新论文中，研究人员计算出，如果在波音737或空客a320之类的飞机上实施这种混合动力系统，那么额外的重量将需要大约0.6%的燃料来驾驶飞机。

巴雷特说:“这比纯电动飞机要可行很多很多倍。”“这种设计将为飞机增加数百公斤的重量，而不是增加许多吨的电池，这将增加超过一个数量级的额外重量。”

研究人员还计算了一架大型飞机在有无排放控制系统的情况下产生的排放量，发现混合动力设计可以减少95%的氮氧化物排放

他们进一步估计，如果该系统在全球所有飞机上推广，将避免92%的航空污染相关死亡。他们通过使用一个全球模型来绘制航空排放物在大气中的流动，并计算出世界各地不同人口将暴露在这些排放物中的数量，从而得出了这一估计。然后，他们将这些暴露量转化为死亡率，或估计因暴露于航空排放而死亡的人数。

该团队目前正在设计一种“零影响”飞机，这种飞机飞行时不会排放氮氧化物和其他化学物质，如改变气候的二氧化碳。

巴雷特说:“我们需要实现空气污染对气候的零净影响和零死亡。”“目前的设计将有效消除航空的空气污染问题。我们现在正在研究其中的气候影响部分。”