產業脈動｜電動推進飛機與船舶發展及商機

摘要：實現淨零排放，已成為許多國家正在推動的長期發展政策。在各種達成淨零排放路徑中，運輸載具電動化是一項重要策略。因此全球各類電動車產品正快速發展，在全球新車銷售占比也持續攀升。而除了車輛外，飛機與船舶也是主要的碳排放來源；因此如何加速航空與海運業降低碳排放，已成為相關產業極重視的問題。而在實現淨零排放同時，也可藉由電動推進系統發展及應用，衍生出電動飛機與船舶新市場機會。本文針對電動飛機與船舶發展驅動因素，以及電動飛機、電動船在國內外研製案例進行說明；並提出臺灣產業界可探索發展的新商機。

Abstract：The achievement of “net zero emissions” has become a long-term development policy that many countries are promoting. Electrification of transport vehicles is an important strategy among the various paths to net zero emissions. Therefore, all kinds of electric vehicles are developing rapidly, and the proportion of new car sales continues to rise. In addition to vehicles, aircraft and ships are also important sources of carbon emissions; therefore, how to accelerate the reduction of carbon emissions in the aviation and shipping industries has become an issue. And through the development and application of electric propulsion systems, new market opportunities will be derived. This article analyzes the driving factors of electric aircraft and ships, as well as the domestic and foreign development cases of electric aircraft and ships. We further propose new business opportunities that Taiwan's industry can explore and develop.

關鍵詞：電動推進、飛機、船舶

Keywords：Electric propulsion, Aircraft, Ship

前言
為實現全球淨零排放，運輸載具電動化已成為重要趨勢。目前全球各類電動車產品正快速發展，在新車銷售中的占比也持續攀升。而除了車輛外，飛機與船舶也是全球交通運輸領域重要的碳排放來源。2021年源自於航空運輸及船舶海運的碳排放，分別達到712與667 Mt（百萬噸），各占全球碳排放量2%左右[1-2]。因此如何加速航空與海運業降低碳排放，就成為許多國家及業者相當重視的問題。

例如新加坡政府在2023年3月宣布，為實現國家2050年淨零排放目標，規定自2030年起，在新國港口營運的新港勤船(Harbour craft，例如拖船)須完全電動化，或使用淨零排放燃料。同時新國政府部門也會協助業者研發、建造電動船，以及完善充電基礎設施[3]。

除了可降低載具運行時的碳排放外，還有其他應用需求與效益驅使電動飛機與船舶持續發展。例如使用純電力或油電複合的電動垂直起降飛行器（eVTOL），可應用於城市內短程載客及中程貨物運送。使用電力推進船舶，則可改善乘坐舒適性、降低系統維護成本。

電動車發展已經為臺灣產業帶來許多新商機與成長動能。未來電動飛機與船舶應用逐漸擴展，同樣也可能衍生許多市場發展機會。以下針對電動飛機與船舶發展驅動因素，以及電動飛機、電動船在國內外研製案例進行說明；並提出臺灣產業界可探索發展的新商機。

電動飛機與船舶發展驅動因素
1.電動飛機
依據國際能源署（IEA）的資料，2021年全球航空器產生的碳排放，大約占全球排放量2%；排放總量為712.39 Mt (百萬噸)。其中國際航線排放量為384.46 Mt，國內航線為327.93 Mt。而在COVID-19疫情發生前2019年，排放總量為1,035.83 Mt；其中國際航線排放量為618.82 Mt，國內航線為417.01 Mt。而隨著疫情趨緩，國際航空運輸人數恢復成長，IEA預估到2030年全球航空運輸碳排放量將會回升到882.89 Mt；其中國際航線排放量541.45 Mt，國內航線341.44 Mt [1]。

雖然2%占比看似不高，但因為商用飛機飛行高度大約為2~3萬英呎，引擎廢氣排放對大氣環境產生的影響會比地面排放更高。全球航空運輸及飛機製造業正透過多種途徑來減少航空碳排放。包括：
• 減輕飛機機體重量，以及透過空氣動力優化來減少飛行時的能源消耗。
• 持續提高噴射引擎效能，降低燃油使用量。
• 使用更低碳的永續性航空燃料SAF。
• 發展低碳、無碳的推進動力系統，包括純電力、油電複合、氫能（直接燃燒或透過燃料電池）。

因此發展電動飛機，有助於降低航空碳排放。不過目前受限於電池能量密度遠低於燃油，因此要直接進行中大型商用飛機電動化並不容易。現階段仍以小型飛機應用為主，並嘗試透過油電複合技術，降低中型飛機碳排放。
激勵電動飛機發展的另一個重要因素是先進航空運輸（Advanced Air Mobility, AAM）與都會航空運輸（Urban Air Mobility, UAM）應用。AAM泛指採用安全、低汙染、高度自動化飛行器進行載人或送貨的運輸體系；包含較長航程之城際旅客運輸、貨物運送、公共服務、私人應用及個人航空器。UAM則是一種安全及有效率的航空運輸體系，其特點是使用高度自動化飛行器，在較一般民航機更低的空域飛行，並在城市內或相鄰城市間提供載客及貨物運送服務。具體應用包含大型機場與市中心乘客接駁，空中計程車或按需(On Demand)飛行服務，以及城市對郊區、城市對城市低運量載客及載貨服務[4]。

而要實現AAM及UAM應用，電動垂直起降飛行器（Eelectric vertical takeoff and landing aircraft, eVTOL）是一種主要飛行載具。eVTOL使用純電力（包含氫能-燃料電池）或油電複合動力系統，具有安全、低噪音、低汙染、低操作成本等優點；並且不需要飛行跑道，可像直升機般垂直起降，但是總體作業成本會比傳統直升機更低。

2.電動船舶
依據國際能源署（IEA）資料，2021年全球船舶航運產生的碳排放，大約接近全球排放量2%；排放總量為667 Mt。而在COVID-19疫情發生前的2019年，排放總量為692 Mt（百萬噸）[2]。
全球航運及船舶製造業正透過多種途徑來減少航運船舶碳排放。包括：
• 持續提高燃油動力系統的效能，以降低燃油使用量。
• 使用更低碳的燃料，例如天然氣。
• 發展低碳、無碳的推進動力系統，包括純電力、油電複合、氫能（以氫氣或氨氣方式直接燃燒，或是氫氣透過燃料電池發電）。

因此發展電動船舶，有助於降低航運碳排放。不過目前受限於電池能量密度，需要遠程航行的中大型船舶，要使用純電力推進仍有技術困難。現階段仍以小型船舶及短程運輸用中型船舶發展為主。此外，在港灣、內陸河川、湖泊等水域航行的船舶，因為運行環境對燃油引擎排放的廢氣汙染較敏感，因此也更需要改用低汙染、低碳排放的推進系統方案。此外，隨著自主航行船舶（Autonomous Ship）與水面無人載具（Unmanned surface vehicle, USV或稱為無人艇）應用逐漸興起，也帶動電力推進系統應用發展。