“雙碳”目標(biāo)下的可持續(xù)航空燃料

崔璽康　邢子恒　胡曉佳

對于航空業(yè)而言，可持續(xù)航空燃料是踐行碳達(dá)峰、碳中和的重要技術(shù)手段，也是控制我國航空運(yùn)輸碳排放增長亟待研發(fā)的關(guān)鍵性技術(shù)產(chǎn)品。目前歐美國家已率先實(shí)現(xiàn)常規(guī)加注可持續(xù)航空燃料用于商業(yè)航班，我國航空業(yè)亟需跟進(jìn)并加快研究清潔可再生航空能源，以推動航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

民航如何實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)

航空業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)必須節(jié)能減排，節(jié)能主要是節(jié)約航空燃油，提升燃料利用效率;減排主要是增加可持續(xù)航空燃料等清潔能源的使用，減少航空燃油燃燒排放的凈二氧化碳量。未來隨著民航運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，即使能源消耗總量可能會增加，但是由于清潔低碳能源的大規(guī)模使用，實(shí)際的碳排放未必會相應(yīng)增加，從而在不影響發(fā)展的情況下實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。由于目前商業(yè)航空還只能使用液體燃料，因此使用可持續(xù)航空燃料是達(dá)到“雙碳”目標(biāo)的最有效方式。

可持續(xù)航空燃料的定義

ISO13065：2015標(biāo)準(zhǔn)定義了“可持續(xù)性”是指在不影響后代需要的情況下，滿足現(xiàn)在需要的一種概念。即充分考慮到產(chǎn)品生命周期中所涉及的溫室氣體排放、水資源、土地資源、空氣和生物多樣性、土地利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問題，利用一系列標(biāo)準(zhǔn)與原則、規(guī)范與管理辦法來確保其在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會等三方面的可持續(xù)發(fā)展。

國際民航組織公約附件16《環(huán)境保護(hù)》第Ⅳ卷“國際航空碳抵消和減排計(jì)劃”中，進(jìn)一步定義可持續(xù)航空燃料為“滿足可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)的來自生物質(zhì)或廢棄物的航空燃料”，可同傳統(tǒng)航空燃料按比例摻混后直接加注到飛機(jī)上。考慮到生物質(zhì)在生長過程中的固碳作用，從全生命周期的角度看，可持續(xù)航空燃料相對傳統(tǒng)航空燃料具有減排作用。

生物質(zhì)原料在成長過程中不斷吸收二氧化碳，當(dāng)制備成航空燃料后，燃燒過程中只是把之前吸收的二氧化碳再次排出，排放在空氣中的二氧化碳并沒有額外增加;而傳統(tǒng)化石燃料本質(zhì)上則是將億萬年以來固定在地下的碳排放出來，增加了額外的二氧化碳，因此可持續(xù)航空燃料這樣的生物質(zhì)燃料相比傳統(tǒng)燃料具備減排效果。

可持續(xù)航空燃料的適航審定

作為新型航空燃料，可持續(xù)航空燃料首先需要滿足適航審定的要求，主要體現(xiàn)在理化指標(biāo)、特性指標(biāo)、部件兼容性及發(fā)動機(jī)測試等涉及安全的技術(shù)問題。以美國為例，對新燃料的性能驗(yàn)證主要按照ASTM D4054標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)燃料原材料以及試驗(yàn)項(xiàng)目的不同，ASTM D4054對航空生物燃料的批準(zhǔn)又可分為全流程審批和快速審批。

全流程審批指對航空生物燃料開展全面的性能驗(yàn)證，主要包括四個(gè)階段。第一階段是規(guī)格試驗(yàn);第二階段為特性試驗(yàn)，包括化學(xué)、物理、性能特性、電性能、地面工作安全性能和初步的材料相容性等;第三階段是發(fā)動機(jī)和機(jī)身密封膠/涂層/金屬等材料相容性測試、發(fā)動機(jī)發(fā)熱段測試、組件測試、燃燒部件測試等;第四階段是發(fā)動機(jī)測試和飛行驗(yàn)證。根據(jù)FAA的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，采用全流程批準(zhǔn)一種航空生物燃料所需時(shí)間一般為3年以上，總計(jì)費(fèi)用超過500萬美元，調(diào)合比例最高為50%。快速審批則是首先對燃料組成進(jìn)行精確分析，如果組成符合傳統(tǒng)航煤組成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)范圍，只需要完成特定性能測試，大大簡化了試驗(yàn)項(xiàng)目的審批方式。根據(jù)FAA的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，采用快速審批一種航空生物燃料所需時(shí)間一般為1年左右，總計(jì)費(fèi)用約50萬美元，調(diào)合比例最高為10%。

我國對新型航空燃料的批準(zhǔn)主要采用CTSO的方式。中國民航局前期已發(fā)布《含合成烴的噴氣燃料》（CTSO-2C701），對航空生物燃料的性能驗(yàn)證，也主要借鑒ASTM D4054的方式進(jìn)行。

2010年到2020年的十年間，我國航空生物燃料經(jīng)歷了從無到有的過程，中國民航局于2012年2月受理了中石化1號生物航煤適航審定申請，并于2013年完成中國石化1號生物航煤適航審定。2014年2月12日，中國民航局航空器適航審定司向中國石化頒發(fā)了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目批準(zhǔn)書，為國產(chǎn)生物航煤的商業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。

雖然迄今為止我國還沒有大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，但是1號生物航煤的審定是我國民航切實(shí)打造綠色低碳航空、推進(jìn)生物燃油研究和應(yīng)用的重要措施，是中國自主生產(chǎn)、自主驗(yàn)證和自主審定的一次重要創(chuàng)舉，也是我國生物航煤應(yīng)用的里程碑。

航空燃料可持續(xù)性認(rèn)證體系

國內(nèi)外現(xiàn)有許多生物燃料可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)制定與認(rèn)證體系，與航空可持續(xù)燃料相關(guān)的主要有可持續(xù)生物燃料圓桌會議（Roundtable on Sustainable Biofuels，RSB）和國際可持續(xù)碳認(rèn)證（International Sustainability&Carbon Certification，ISCC）體系。RSB是由瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)能源中心協(xié)調(diào)發(fā)起的國際行動，2013年注冊為獨(dú)立機(jī)構(gòu)。 RSB原則與標(biāo)準(zhǔn)包含溫室氣體排放、糧食安全、環(huán)境保護(hù)等12條生物燃料可持續(xù)發(fā)展的基本原則，并且依照該原則對申請人進(jìn)行認(rèn)證。ISCC認(rèn)證體系是基于歐盟可再生能源指令可持續(xù)性要求而開發(fā)，主要關(guān)注土地保護(hù)、經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)性等，ISCC認(rèn)證表明生物質(zhì)和生物燃料產(chǎn)品來源于可持續(xù)的原料和生產(chǎn)方式。

航空綠色能源展望

可持續(xù)航空燃料相比于傳統(tǒng)燃料能減少大約60%～80%的碳排放，是航空業(yè)滿足未來人民出行需求持續(xù)增長的重要支撐。從2008年至今，全球已經(jīng)有超過40家航空公司的30萬個(gè)航班使用了可持續(xù)航空燃料。

歐美航空公司如漢莎、美聯(lián)航等通常跟可持續(xù)航空燃料制造商、飛機(jī)制造商、發(fā)動機(jī)制造商等共同開展燃料測試、驗(yàn)證、商業(yè)化等工作，空客還在圖盧茲交付中心專門為新飛機(jī)提供加注10%可持續(xù)航空燃料的服務(wù)。波音、空客等均對外宣布將在2030年前交付可以使用摻混比例100%可持續(xù)航空燃料的飛機(jī)。2019年4月，ICAO進(jìn)行了第一次可持續(xù)航空燃料盤點(diǎn)大會，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，全球可持續(xù)航空燃料產(chǎn)量從2013～2015年年均232噸到2016～2018年年均5160噸，預(yù)計(jì)到2032年，全球年產(chǎn)量可達(dá)650萬噸。

可以預(yù)見，隨著我國環(huán)保要求與“雙碳”政策的不斷推進(jìn)，我國可持續(xù)航空燃料的需求將越來越大，可持續(xù)航空燃料的普及亟需政府、制造商、航企等各方共同參與推動發(fā)展。