未來已來 可持續(xù)航空燃料變革加速

文/ 李蘊(yùn)(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心)

近些年，全球民航業(yè)2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的總路線逐漸明朗，歐美相關(guān)機(jī)構(gòu)均制定了相應(yīng)政策。在政策的引領(lǐng)下，可持續(xù)航空燃料在歐美的加速發(fā)展已成必然。我國航空運(yùn)輸業(yè)市場體量巨大，未來在新一輪能源變革中如何主動作為，為“雙碳”工作做貢獻(xiàn)，值得業(yè)內(nèi)深入思考。

2022年6月，國際機(jī)場理事會與英國航空航天技術(shù)研究所聯(lián)合發(fā)布了可持續(xù)航空燃料（SAF）最新白皮書，分析了SAF從原料生產(chǎn)，到加工、運(yùn)輸、儲存各環(huán)節(jié)基本情況和面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)，并給出可能的解決方案，旨在重申其環(huán)境效益，加速全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

公開資料顯示，僅2021年以來，歐美政府和企業(yè)使用SAF對飛機(jī)或發(fā)動機(jī)開展了至少13次測試，其中大部分為首次測試，全部獲得成功。

SAF減排效果明顯

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的SAF預(yù)處理工廠

SAF可由各種來源的燃料組成，如廢棄油（地溝油）、農(nóng)業(yè)廢物、脂肪或城市垃圾等，通過物理、化學(xué)或生物技術(shù)分解原料并將其重新制成具有高熱值的合乎標(biāo)準(zhǔn)的碳?xì)浠衔?，其具有傳統(tǒng)航空煤油的相應(yīng)特征，且可在現(xiàn)有航空燃料設(shè)備上使用而不需要進(jìn)行大規(guī)模改造。

GREET（Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies）是美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的計算模型，該模型考慮了燃料從原料種植、開采到加工、使用等全生命周期溫室氣體排放過程，已被眾多研究機(jī)構(gòu)廣泛使用，下圖是美國能源部（DOE）采用該模型計算的不同燃料溫室氣體排放量。

可以看出，與石油基燃料相比（使用煤或天然氣作為原料生產(chǎn)航空燃油的排放量要高于石油），SAF可在整個生命周期內(nèi)減少50%～80%的溫室氣體排放，減排潛力巨大。目前，考慮到飛機(jī)的兼容性、耐久性和安全性等多方因素，一架飛機(jī)上SAF的使用比例最高為50%，各大航空公司與航空發(fā)動機(jī)公司正在開展各種研究，以使該比例達(dá)到100%。

SAF社會效益頗高

據(jù)美國能源部統(tǒng)計，美國每年可收集包括玉米、油籽、藻類、農(nóng)業(yè)廢物、林業(yè)廢物、城市固體廢物、廢棄油脂、濕垃圾、能源作物在內(nèi)的約10億噸生物原料，如果將其全部利用起來，能夠年產(chǎn)1900億～2300億升SAF，足以滿足美國航空業(yè)的燃料需求，多余原料還可為其他行業(yè)提供低碳燃料或生產(chǎn)生物制品、可再生化學(xué)產(chǎn)品等?？梢姡琒AF的價值不光在于減排，其對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與其他生態(tài)環(huán)境問題同樣意義重大。

從經(jīng)濟(jì)發(fā)展來看，SAF將帶來諸多裨益。一是SAF可提升農(nóng)民收入。通過回收農(nóng)業(yè)廢物、種植能源作物，為SAF市場提供原料，可以增加農(nóng)民在淡季的收入，同時減少土壤養(yǎng)分流失、改善土壤質(zhì)量，一舉多得。二是可以開辟新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。發(fā)展SAF，可以從原料生產(chǎn)、原料精煉廠的建造與運(yùn)營、相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)等多方面創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，將航空市場由“油廠”向“農(nóng)場”轉(zhuǎn)移，推動經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。三是可以提升就業(yè)率。據(jù)美國能源部 2019年數(shù)據(jù)，美國僅乙醇產(chǎn)業(yè)一項(xiàng)，就雇用了超過68000名工人，年生產(chǎn)能力近650億升，大力發(fā)展SAF全產(chǎn)業(yè)鏈，將極大地拉動就業(yè)，保障民生。

航空燃料全壽命周期溫室氣體排放量（前5項(xiàng)均為SAF）

IATA計劃內(nèi)的SAF年產(chǎn)量與需求占比

從生態(tài)環(huán)境來看，SAF同樣能帶來可持續(xù)收益。一是可以改善生態(tài)。種植能源作物可以預(yù)防土壤侵蝕，改善水質(zhì)，提高生物多樣性，增加土壤有機(jī)物含量，提升土壤品質(zhì)。通過從糞便和污水污泥等廢物中生產(chǎn)SAF，可以減少垃圾對河流的污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；二是減少有害物排放。相較于石油基燃料，SAF燃燒產(chǎn)生的芳香烴類排放物普遍更少，該類排放物可對人體造成多種危害，主要在飛機(jī)起降過程產(chǎn)生，意味著使用SAF可以減少機(jī)場周圍的有害物含量，對機(jī)場工作人員和旅客的身體健康都有積極影響。

政策引領(lǐng)，美歐加速發(fā)展SAF

由于SAF產(chǎn)業(yè)帶來的環(huán)境與社會效益明顯，近些年，相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)逐漸成熟，尤其是隨著民航業(yè)2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的總路線逐漸明朗，歐美相關(guān)機(jī)構(gòu)均制定了相應(yīng)政策，在政策的引領(lǐng)下，SAF在歐美的加速發(fā)展已成必然。

在國際組織層面，2020年9月，世界航空運(yùn)輸行動小組（ATAG）發(fā)布了應(yīng)對氣候變化2050路線圖，提到SAF將在長達(dá)30年的減排過程中扮演關(guān)鍵角色，且成本會持續(xù)下降。2021年10月，國際航空運(yùn)輸協(xié)會（IATA）各成員國一致通過關(guān)于2050年實(shí)現(xiàn)民航業(yè)凈零碳排放的決議，提到要打破航空業(yè)對石油燃料的依賴，要求相關(guān)參與者擴(kuò)大規(guī)模、降低成本，提供所需基礎(chǔ)設(shè)施，將具有競爭力的SAF推向市場，擴(kuò)大應(yīng)用，計劃在2050年將SAF年產(chǎn)量提高到4490億升。

在國家和地區(qū)層面，美國于2021年發(fā)布了首個2050年航空業(yè)凈零碳排放計劃，其中一個重要行動項(xiàng)是全面使用SAF。此前，白宮曾宣布將推動美國到2030年SAF年產(chǎn)量不少于110億升。歐洲也于2021年發(fā)布航空業(yè)凈零碳排放路線圖《目標(biāo)2050》，其中提出“進(jìn)一步擴(kuò)大一架飛機(jī)上SAF的使用比例到100%”“制定長期激勵政策等商業(yè)化行為降低SAF價格以擴(kuò)大其使用規(guī)?！眱身?xiàng)舉措，加速發(fā)展SAF產(chǎn)業(yè)。英、法分別于2021年和2022年初提出了自己的航空減排戰(zhàn)略，均提到將擴(kuò)大SAF生產(chǎn)和使用規(guī)模并持續(xù)降低成本；德國提出到2030年年產(chǎn)至少2.5億升合成電子煤油（SAF的一種）；丹麥提出到2030年國內(nèi)航班全面使用SAF、電推進(jìn)與氫動力。

因此，受大環(huán)境影響，航空公司與發(fā)動機(jī)公司都在加速發(fā)展SAF。以“SAF”“生物燃料”“可持續(xù)航空”作為檢索詞在各大航空企業(yè)和數(shù)據(jù)庫檢索，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，近兩年有關(guān)SAF的相關(guān)政策出臺、科學(xué)研究、試驗(yàn)試飛等重要動向較前些年顯著增多，越來越多的企業(yè)和機(jī)構(gòu)開始參與這場能源變革。

短期挑戰(zhàn)與最新突破

諸多優(yōu)勢背后，SAF的發(fā)展也面臨著不少挑戰(zhàn)。短期內(nèi)，主要有以下兩點(diǎn)：

一是價格昂貴。即使使用已經(jīng)較成熟的加氫酯和脂肪酸（HEFA）法生產(chǎn)SAF，成本也是傳統(tǒng)航空燃料的2～3倍，而客機(jī)的燃油成本占飛行成本30%以上，這勢必會帶來機(jī)票價格的上漲，給本就因疫情遭受重創(chuàng)的民航業(yè)帶來新的威脅。雖然國家可能對使用SAF的航空公司給予一定優(yōu)惠補(bǔ)助，但長遠(yuǎn)地看，相關(guān)企業(yè)還需進(jìn)一步采用新技術(shù)不斷壓低價格，在充分商業(yè)化、市場化的基礎(chǔ)上，配合國家政策的引導(dǎo)全面推廣。

二是供應(yīng)鏈不成熟、產(chǎn)能不足。從原料的提取、生產(chǎn)，到原料的運(yùn)輸、加工等全供應(yīng)鏈發(fā)展尚未成熟。一些易獲得的諸如玉米、大豆等農(nóng)作物原料會占用大量耕地，威脅糧食安全，而采用工、農(nóng)、林業(yè)廢物作為原料又面臨產(chǎn)量不足、標(biāo)準(zhǔn)不一等諸多難題。需要盡快建立成熟的生產(chǎn)、供應(yīng)體系，統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，引導(dǎo)相關(guān)機(jī)構(gòu)增大投資力度，加快建設(shè)SAF加工工廠等相關(guān)配套設(shè)施，可以在擴(kuò)大產(chǎn)能的同時，促進(jìn)就業(yè)、拉動經(jīng)濟(jì)，確保供應(yīng)鏈的盡快完善。

近期，美國能源部公布了其SAFFiRE項(xiàng)目的最新成果，項(xiàng)目團(tuán)隊由美國能源部生物能源技術(shù)辦公室（BETO）、可再生能源實(shí)驗(yàn)室、乙醇技術(shù)公司D3MAX、西南航空、SAF生產(chǎn)企業(yè)LanzaJet、酶制劑生產(chǎn)商諾維信公司等單位共同組建，目的是將玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用，建成一條低成本SAF生產(chǎn)線。該項(xiàng)目的關(guān)鍵處理過程在低溫低壓下完成，不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，較其他方法更為安全可靠。此外，SAFFiRE可以利用美國已有的200多個乙醇處理工廠，無須大規(guī)模設(shè)計建造新設(shè)施。項(xiàng)目組專家已經(jīng)在小規(guī)模試驗(yàn)中充分證明了該生產(chǎn)線的可行性，生產(chǎn)的SAF成本甚至還低于傳統(tǒng)石油基航空燃料，且可減少84%碳排放。下一步，項(xiàng)目組計劃用三年半的時間推進(jìn)SAFFiRE的商業(yè)化，最終目標(biāo)是在2040年達(dá)到年產(chǎn)265億升。

值得注意的是，SAFFiRE項(xiàng)目由BETO和西南航空共同出資，結(jié)合了數(shù)個NREL前期和正在申請專利的最新科研成果（去乙酰化、圓盤精研等）、D3MAX公司的制糖與乙醇發(fā)酵技術(shù)、諾維信公司的水解酶等多種先進(jìn)技術(shù)，在LanzaJet公司主導(dǎo)下生產(chǎn)的SAF最終交由西南航空使用?？梢姡琒AFFiRE采用了美國最常見的政企聯(lián)合的研發(fā)模式，由政府機(jī)構(gòu)主導(dǎo)，在開展大量前期研究的基礎(chǔ)上，將最新科研成果與企業(yè)已成熟可迅速商業(yè)化的專利、技術(shù)等有機(jī)融合，最終產(chǎn)品再交由投資方之一的西南航空使用。整個研發(fā)、生產(chǎn)、交付流程實(shí)現(xiàn)完整閉環(huán)，大大加速了項(xiàng)目進(jìn)度，對之后的大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化有很大幫助。

美歐企業(yè)SAF大事記（2021年起）

抓住機(jī)遇，助力“雙碳”

近期，我國在《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一大市場的意見》、2022年《政府工作報告》、政治局集體學(xué)習(xí)、中央經(jīng)濟(jì)工作會議等場合多次強(qiáng)調(diào)要努力推進(jìn)碳達(dá)峰和碳中和。我國航空運(yùn)輸業(yè)市場體量巨大，配合“雙碳”戰(zhàn)略，是發(fā)展SAF的絕佳時機(jī)。

此外，我國已取得脫貧攻堅戰(zhàn)的全面勝利，推進(jìn)鄉(xiāng)村振興已成為農(nóng)村工作的重中之重。SAF的大部分原料來源于農(nóng)村，且一些能源藻能在荒山、鹽堿地等非耕地生產(chǎn)，可有效提升中西部地區(qū)能源農(nóng)業(yè)水平，拓寬農(nóng)民增收渠道，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，對于鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

總之，任何一項(xiàng)變革性事物的成熟都不可避免地伴隨諸多困難。面對困難，只有利用自身優(yōu)勢，搶抓機(jī)遇，迎難而上，才能在變革中不落下風(fēng)。因此，制定中國的SAF產(chǎn)業(yè)頂層戰(zhàn)略，統(tǒng)籌推進(jìn)和大力發(fā)展SAF，已經(jīng)刻不容緩。因?yàn)橹挥羞@樣，才能在新一輪能源變革中爭取發(fā)展主動權(quán)，為國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展作出貢獻(xiàn)。