可持续航空燃料的发展现状及应用浅议

可持续航空燃料的发展现状及应用浅议

邢涛  陈阳

中航油新疆航空油料有限公司   新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市  830000

摘要：随着社会发展，对能源需求量不断增加。目前，使用可持续航空燃料（SAF）是目前民航客机降低碳排放的主要手段之一。本文对SAF燃料的发展过程和发展现状进行了叙述，列举了SAF燃料的认证程序、应用现状及经济效益和相关的前沿技术，对SAF燃料的发展进行了整体性的概述。

关键词：可持续；航空燃料；发展；应用

引言

目前可持续航空燃料的原料主要来自于废弃食用油和其他动物脂肪，一些人会担心可持续航空燃料需求量的大幅提升会受到原料供给不足的限制。而国际上一些公司开发的新的可持续航空燃料工艺路线，采用可再生能源电解水制取的氢和从空气中捕获的二氧化碳为初始原料，经过一系列合成步骤加工而成可持续航空燃料，将使航空业彻底摆脱原料来源不足的制约。

1源自煤和天然气的替代航空燃料

目前，源自煤和天然气的航空替代燃料的基本类型主要包括合成石蜡煤油（SPK）、合成异烷烃煤油（IPK）以及全合成航空燃料（FSJF）等。SPK燃料来源于天然气，其功能与美国标准航空煤油（JetA）相似；IPK燃料来自煤，其性质与SPK燃料相当；FSJF燃料由煤衍生材料和合成芳香烃组成，该种替代燃料在使用时，不需要与常规燃料进行混合。这几种燃料均是基于费托合成工艺（FT）的一种改进液化技术得到的，因此，该种燃料又被称为FT合成燃料。FT工艺于2009年获得ASTM的批准，是通过审批的第一种替代燃料合成工艺。FT合成燃料中作为代表的SPK燃料，也于2009年成为获得批准的第一种替代燃料。相比于传统航空燃料，FT合成燃料的峰值碳数略低，因此燃烧时产生的碳排放量更低，燃烧时产生的硫酸气体(SOx)和微粒等也更少，但该种燃料的能量密度、黏度等物理性质不如传统航空燃料。此外，其碳捕获和碳封存的可持续性也是不容忽视的问题。生产FT合成燃料时，其精炼产生的CO2量要多于石油精炼的过程。只有在生产过程中进行持续的碳捕获和封存，该燃料才能被视为可持续燃料。尽管FT合成燃料的生产成本有所增加，但该燃料仍具备不小的商业价值。但相比于生物燃料，后者由于原料来自植物，其自身所具备的负CO2排放的特性显然更具吸引力，生物燃料逐渐成为了可持续航空燃料的主要类型。

2引可能用于SAF燃料生产的前沿技术

SAF燃料的原料选取和加工工艺一直是研究的重点方向。近些年来，一些新型的生物质原料不断被研发出来，加工工艺也在不断发展和改进。武汉某生物科技公司已经培养出可以替代燃煤的超级芦竹。超级芦竹可在荒漠、盐碱地等边缘土地种植，在干生物产量和汇碳能力上均远超玉米秸秆等传统生物质原料，在热值方面也具备生产生物燃油的潜力。通过对转基因日本浮萍的甘油三酯积累量进行研究，得到了一种积累量占干重10%的最佳品系。该种浮萍预计每年每英亩可以生产约1325L的油，约为大豆产量的7倍。该发现为生产生物燃料提供了新的机会。对木质素制备航油的工艺进行了优化，提升了该工艺的综合收益。庄信万丰公司提出了一种HyCOgen技术。该技术使用一种绿色H2和CO2作为原料制备合成气，可将95%的CO2转化为高质量的合成原油。

3藻类产油

在替代燃料的研发过程中，藻类由于其自身的高油脂含量、可以从海水等非淡水环境中获得营养、可以把工厂等地排放的烟气作为营养源并进行固碳等诸多优势，成为更具吸引力的一种替代燃料原料来源。早在20世纪70年代，美国就开始了探索藻类生产生物柴油的计划。由美国能源部资助的AquaticSpeciesProgram（ASP）计划，从3000多种微藻和硅藻菌株中，筛选出了300种前景良好的微生物，并对藻类的工业生产的可行性进行研究，最终确定了微藻能够使用更少的水和土地资源但产出比油料种子作物更多的能量这一结论，证实了以微藻为原料制备生物燃油替代石油基燃油具有巨大的发展潜力。

生物质的最终产量，是影响燃料成本的最大单一因素。藻类的最终产油量与其培养环境密切相关。由于其自身生长环境的特殊性，建立何种藻类生长设施成为了一大研究点。目前藻类的培养设施主要包含两类：开放式池塘系统和封闭式光生物反应器系统。开放式池塘一般呈跑道形状，由桨轮驱动内部水流，深度通常在15~30cm，表深比很大，能够最大限度地吸收阳光。开放式池塘设计简单，后续的维护成本较低，但受自然环境影响较大。目前，大多数藻类原料都是在该种系统下进行生产。

封闭式光生物反应器系统采用多层圆柱形管或两平板构成的外壳结构。由于对藻类的生长环境加以控制，该系统中藻类的培养浓度能够高于开放池塘。还能解决一些经基因改造后自身比较脆弱的藻类的培养问题。但由于较高的投资和管理困难等因素，使得其运行成本远高于开放池塘系统。这两种系统在历史上都有强有力的支持者。

4重视产业扶持规则的国际合规性

中国制定可再生能源的产业扶持规则需要特别注重国际合规性问题，避免因此产生国际贸易摩擦或者国际投资争端。《公约》制度背景下气候措施与国际贸易、国际投资规则的冲突由来已久，发展以 SAF 为代表的航空替代燃料会涉及补贴、外资待遇等多个重叠议题。根据各国经验并结合 SAF 市场的现实情况，政府补贴在相当长的一段时间内对于促进 SAF 乃至整个航空替代燃料的发展发挥着不可替代的作用。中国正在从单一的航空运输强国向多领域的民用航空强国跨越，航空替代燃料产业活力一旦激发将会引发规模效应，需要从国际合规的角度提前布局。中国制定相关产业扶持规则要尽量与国际贸易、国际投资规则兼容，尤其要与 WTO 规则、中国对外签署的区域贸易协定、双边投资协议等规则兼容。

从已发布的政策文件来看，SAF 不是中国发展航空替代燃料的终点，而是国产民用飞机“站起来”和“走出去”的重要战略配套。SAF 的产业扶持政策，尤其是补贴政策，必须经得起国际规则的考验。因此，补贴政策除了需要提高政策公示、申请和审查等环节的透明度，还要格外注意避免被认定存在专向性。值得注意的是，补贴时间的不对等对于损害的确定会产生直接影响。目前，欧盟和美国对于发展 SAF 产业给予了大量的财政支持和政策扶持，中国产业扶持政策的制定和落地不宜久拖。

结束语

本文对可持续航空燃料的发展过程和现状进行了梳理，介绍了可持续燃料的认证程序、使用现状和经济效益，列举了一部分现阶段可能用于进行可持续燃料生产的前沿技术。可持续航空燃料的原料从最开始的煤和天然气，逐渐迈向更为绿色低碳的植物原料，相关的加工工艺也在不断跟进。未来航空燃料发展需要考虑的因素主要包括自身的能量密度是否达标、是否能在世界范围内进行规模化生产、成本是否具有竞争力以及是否能在保证安全的情况下实现在2050年前达成净碳排放等。这些问题需要通过工艺优化、政策支持等方式进行解决。在经过更为深入的研发后，各类SAF燃料将会取得更具有突破性的进展。

参考文献

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