隨着火箭發射升空，排放問題也引發擔憂——《華爾街日報》

根據一家追蹤機構的數據，去年火箭發射次數增長了近三分之一，達到180次。圖片來源：patrick t. fallon/法新社/蓋蒂圖片社全球在從氣象監測到通信服務再到GPS等各個方面對衞星日益增長的依賴，以及蓬勃發展的太空旅遊業，意味着火箭發射正在迅速增加。

與此同時，人們也越來越擔心這些發射可能對大氣層產生的影響。研究人員表示，雖然航空航天活動的排放量與航空和其他行業相比仍然相對較小，但釋放的一些污染物有可能加劇全球變暖並破壞臭氧層。

考慮到這一點，越來越多的初創企業和研究實驗室開始探索新型火箭燃料，如果成功，這些燃料可以減少或消除其中一些環境問題。

“現在是投資研究的時候了，以確保我們未來能夠以可持續的方式發展，”航空航天公司的大氣科學家馬丁·N·羅斯説。該公司是一個非營利性的聯邦資助研發中心，為美國政府、民用和商業太空計劃服務。

高層大氣

根據哈佛-史密森尼天體物理中心的天體物理學家喬納森·麥克道爾收集的數據，去年大約有180次成功的火箭發射，高於2021年的136次。麥克道爾博士預計未來幾年這一數字還會上升。“需求在那裏，能力在那裏，參與者的數量也在增加，”他説。

航天工業常被與航空業相提並論——根據最新研究，航空業約佔全球二氧化碳排放量的2.5%。雖然兩者都會造成大氣污染，但這兩個行業在大氣不同層燃燒不同燃料。大多數民航航班活動在對流層（大氣最底層），而火箭會在更高層的中氣層和平流層燃燒燃料，成為這些區域唯一的人為直接排放源。

研究人員説法，該大氣層的污染物可能造成更嚴重危害，其中炭黑煙塵尤為令人擔憂。卡車柴油發動機或商業航班產生的炭黑顆粒通常會在數日內消散，但羅斯博士指出，火箭排放的炭黑顆粒在平流層可存續長達四到五年。

“我們對平流層中這些顆粒物的認知還很有限，“他表示。

科學家指出，太空旅遊業雖剛起步，但若實現規模化發展，其對環境的影響可能十分顯著。倫敦大學學院副教授、近期一項太空旅遊環境影響研究的合著者埃洛伊絲·馬萊斯表示，每位太空遊客單次飛行產生的排放量是長途商業航班的50至100倍。該研究發現，若太空旅遊實現每日運營，僅三年後火箭發射對氣候的影響就可能增長逾一倍。

馬拉伊斯博士指出，大多數火箭燃料中含有的化合物會破壞臭氧層——這是平流層中吸收太陽紫外線輻射的部分。目前絕大多數火箭發射集中在北半球，雖然該地區尚未遭受與南半球同等程度的臭氧損耗。但研究人員表示，由於全球大部分人口居住在北半球，需要更多研究來評估火箭發射對該區域臭氧層的潛在影響。

清潔燃料

當前用於將有效載荷送入軌道的燃料種類多樣，主要包括煤油、液態氫、肼類燃料和固體燃料。甲烷目前使用較少，但未來可能成為重要燃料。這些燃料均不可再生，且無論在外太空還是生產過程中都存在不同的排放問題。轉向更環保燃料面臨的主要挑戰是，火箭公司可能需要重新設計發動機——這些發動機本已承擔着將數千磅尖端技術送入太空的艱鉅任務。

美國宇航局使用液態氫作為推進劑已有數十年曆史。液態氫難以維持適宜温度且操作複雜，但燃燒時僅釋放水蒸氣，相比煤煙污染問題較小。不過馬拉伊斯博士表示，在高層乾燥大氣中增加水分可能對氣候產生影響。

目前使用的液態氫大多通過高碳排放工藝生產，因此不被視為清潔燃料。一種解決方案是利用可再生能源從水分子中分離氫氣，這一過程可生產"綠色氫能”。

目前，綠色氫在美國氫能產量中佔比不足1%，但國際能源署指出，可再生能源成本下降可能改變這一現狀。一家名為"綠色氫能國際"的初創企業正計劃在德克薩斯州南部新建設施，為火箭公司提供綠色氫燃料。

與此同時，其他科學家正致力於開發新型航空航天燃料，這些燃料不僅能減少排放，還能提供比現有燃料更強的動力。勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家埃裏克·桑德斯特羅姆表示，研究人員正在利用實驗室培育的鏈黴菌開發新型燃料，其體積能量密度可能比煤油高40%至50%。通過精確控制細菌生長方式，科學家能將碳鍵排列得更緊密，從而創造出能量更高、密度更大的新型燃料。

“在典型火箭中，燃料和燃料罐的重量佔絕大部分，“桑德斯特羅姆博士指出，“若能縮小這部分體積，就意味着能搭載更多有效載荷，進一步降低發射成本。”

其他燃料項目正從脱碳行業的實踐中汲取靈感。加州大學河濱分校的研究人員發表論文研究氨硼烷——這種目前用於電動汽車燃料電池儲氫的化合物。該研究合著者潘卡吉·吉爾迪亞爾表示，燃燒氨硼烷只會釋放水和氧化硼化合物，是現有火箭化石燃料的無碳替代方案。

“這種化學物質之所以引人關注，是因為它重量輕、能在小體積內儲存大量氫氣，並且性質非常穩定，”吉利迪亞爾博士表示。

雖然大多數正在研究的潛在燃料仍處於實驗室階段，但其他一些已取得更大進展。總部位於蘇格蘭的太空公司Skyrora正在研發一種名為Ecosene的燃料，該燃料通過熱解技術將塑料廢棄物轉化為合成煤油。該公司表示已用該燃料測試了小型發動機原型，並計劃今年晚些時候進行更多試驗。

Skyrora業務運營經理德里克·哈里斯稱，Ecosene的生產工藝可減少煤油生產過程中約70%的碳足跡。這種燃料的硫和硫氧化物含量也更低，而這些物質在其他火箭燃料中屬於温室氣體。

與此同時，部分航空航天投資者正採取不同的可持續性策略——他們專注於可重複使用火箭而非替代燃料。早期太空風險投資基金Space Capital創始人兼管理合夥人查德·安德森指出，從零開始建造火箭是碳密集度極高的產業。

“很難將燃料視為最亟待解決的問題，”他表示。不過，“我們已意識到這個問題並有眾多研究者投身其中，這本身就是積極信號。”

本文作者斯諾是駐洛杉磯作家，聯繫方式：[email protected]。