谈航空生物燃油的市场效益与商业发展
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国际航空碳减排市场的需求
航空二氧化碳排放的全球占比虽不足2%，但增长较快，一直备受全球瞩目，国际民航组织（ICAO） 的2016年环境报告指出，到2050年国际航空二氧化碳排放可能会从目前7亿吨增至26亿吨左右。
事实上，从2007年ICAO第36届大会开始，航空减排协议便成为各方关注的焦点，为了有效遏制航空二氧化碳的排放，2012年1月1日起欧盟将航空业正式纳入碳排放交易体系（ETS）。
当ETS执行后，为其所排放的温室气体付费将成为航空公司一项重要的新增成本，而这无疑是航空公司最为关注的。如果航空公司未能在每年4月30日前获得足够排放额以冲抵上年排放，那么将会付出100欧元/吨二氧化碳排放的罚金，据ICAO测算，ETS执行后的第一年将会让全球航空运输成本增加35亿欧元。
国际民航业为减少航空排放采取了一系列包括技术、改善运营、实施市场机制及使用可持续替代燃料在内的积极措施。其中航空生物燃油技术，是指从植物、废弃油脂等生物质原料中提炼的可供航空器使用的新型燃料，而其所具有的低排放、可持续的特点也使得全世界的航空公司与各企业、科研院所开展合作，共同研发并推广其商业应用。
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航空生物燃油的商业需求
碳减排主要有三种途径：一是：提高能源利用效率或者排放效率；二是：使用可替代的清洁能源；三是：CCUS，即碳捕捉、封存和利用。
对于航空运输业来说，目前可能的碳减排途径只有前两者，但是就第一种方式而言，更先进的飞机、发动机在技术上已经不可能大幅度提高燃油效率了，而第二种方式中，由于能给飞机提供动力的能源，目前，只可能是液体燃料而不可能是电力、核能等，因此，研究与商业运用航空生物燃料是航空碳减排的重要途径。
2.1 航空公司的常用减排方法
“采用节油机型，提高载运率、客座率和运输周转能力，提高燃油效率，降低油耗”是我国按照国际民航组织倡导的各项措施而实施的减排方法，而对比国际上主流的航空减排手段，主要有三种手段值得我们借鉴。
2.1.1 运营手段
优化航班布局，提高客座率可以在一定程度上减少飞机的污染物排放，针对客座率低的航线可以考虑减少班次或增加中转站。除此以外减少飞机APU在机场的使用也可以减少温室气体的排放。
2.1.2 市场手段
通过交易的方式获得排放权或治理费用的方式，主要包括碳交易和碳补偿。
国际上很多航空公司在其网站上推出了碳排放计算器，只要输入出发地和目的地就可以计算个人飞行中所应承担的碳排放量，并让乘客自愿支付个人所应承担的减排费用。
2.1.3 技术手段
更新机队配置，采用新型飞机和发动机会让飞行更省油，比如波音787飞机可以比同尺寸飞机少排放温室气体约20%。而随着航空节能减排要求日趋严苛，航空器使用生物燃料不仅有助于减少碳排放，而且可降低对化石能源的依赖，因此，成为航空业可持续发展的战略选择。
2.2 生物燃油的减排原理
传统化石燃料是数亿年来碳基生物埋藏在地下经过诸多化学反应形成的，一旦开采出来并使用后就无法短期内再生。但是生物燃料通过从地沟油、废弃物、海藻、秸秆、玉米杆、甘蔗杆、油桐树、麻风树、棕榈树等中提炼成航空煤油并使用，使用完之后开可以持续提炼，具有可持续性。
虽然提炼出来的生物质航空燃料成分同传统航空燃料一样，燃烧后也会排放等量二氧化碳，但是由于生物质航空燃料的原料在进行光合作用的过程中，需要吸收空气中大量的碳，因而能够净化空气，起到环境保护的作用，可以实现低排放乃至零排放。
2.3 航空生物燃油的减排的成本效益
2.3.1减排成本
ICAO认 定航空生物燃料减排比例 为60%-90%，而ETS认定航空生物燃料的排放为0，即减排率达100%。为综合考虑两种评判标准，我们可将航空生物燃料与传统航空燃料之间的价格差与减少的温室气体排放的比例定义为使用航空生物燃料的减排成本。
根据航空生物燃料原油价格17000元/吨的标准，按10%、30%、50%的比例调合后航空生物燃料分别与60%、 90%、100%的减排成果进行计算，可得航空生物燃料减排成本计算公式为：
式中C-i 为航空生物燃料的减排成本， P-biofuel为航空生物燃料价格，P-jet-fuel为传统航空燃料价格（7000元/吨），X指每吨调合后航空生物燃料中生物质油料比例，分别取0.1、0.3、0.5，Pi分别取0.6、0.9、1，3.15位传统航空燃料排放系数。
由图1可以看出，航空公司使用航空生物燃料的减排成本主要取决于航空生物燃料与传统航空燃料两者之间的价格差，而在当前航空生物燃料价格较高的情况下，使用航空生物燃料实现减少单位二氧化碳减排的成本仍在5000元以上。
2.3.2 减排效益
使用航空生物燃料来减少二氧化碳排放的目的是可获得减排部分的二氧化碳的碳交易收益及航空生物燃料享受免税优惠，因此我们可将上述收益定义为航空公司使用航空生物燃料的减排效益，其计算公式如下：
式中，P-tax为航空生物燃料增值税优惠部分，按400元/吨计，P-carbon为碳市场交易价格，按24.6元/吨 ，36.9元/吨，24 6元/吨，以及略高于ETS罚款价格（100欧元/吨） 的820元/吨分别计算，同时取P-i为1代表ETS要求的航空生物燃料减排效果为100%。在计算收益后得到航空生物燃料的减排效益如图2所示：
由图2可知，在不增加航空运输企业成本的情况下，航空生物燃料与传统航空燃料之间价格呈线性关系，两者差价受碳交易市场价格波动、税收优惠政策以及政策补贴影响。
若与航空公司常用的节能手段加选装小翼、飞机减重、发动机改造进行对比，我们将会直观地判断出选取航空生物燃料作为减排手段与另三种方式的差距，如图3所示。
其中涉及到的假设有，采取节能措施的飞机为日均利用10小时的150座双发飞机,加选装小翼后单价飞机年节能量=每利用小时节约航空燃料质量0.5吨 * 每架飞机日利用时间10小时 * 365天/年 = 182.5吨，每架改装费400万元。
发动机节能改造后，单架飞机年节能量=改造后每利用小时节油0.0125吨 * 每架飞机日利用小时10h * 365天/年 = 45.625吨，每架改装费2000万元；飞机减重后单架飞机年节油量 = 减重1kg * 日均利用10h * 365天/年 * 每小时多消耗的燃油量占额外重量的3.5% = 127.75kg，年节油量57.49吨，改装费300万元。
图3中，负值代表此项措施节油效益大于投资，可见在目前情况下航空生物燃料远大于加装小翼、飞机减重的减排成本，虽低于发动机改装的减排成本，但发动机改装对航空运输企业最大的效益是提升安全品质。因此单单从减排成本效益分析，航空生物燃料并非航空运输企业的首选。
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国际航空公司生物燃油的发展与突破
近年来，国外航空生物燃料已发展到第二代技术，实现了原料多元化与制备加工方法成熟化的进步。航空生物燃料的发展重点已由原料生产、制备加工转向应用研究，开展了大量试飞和应用推广工作，自2011年起，使用代用燃料的商业飞行已逾2200次，截止2016年底前，此种飞行已逾5500次。
3.1 航空生物燃油的研究进展
3.1.1以非农作物为生产原料
新研究的航空生物燃料取材于非农作物 、工农业废料甚至食品垃圾等数十种原料 ，并逐渐确定麻疯树、 亚麻荠、 藻类和盐生植物等作为主要原料 ，这些作物含油量高、 对水和土壤等环境要求低， 可在世界多个贫瘠地区大量种植生产 。
3.1.2加氢精制、气化合成等加工工艺
加氢精制以动植物油脂为原料，采用常规油料洗涤工艺去除杂质，通过深度加氢处理等方法生成符合航空燃油标准的生物燃料。
气化合成法以纤维素、木质素等为原料，先气化生成合成气，经过费托合成等工艺生产生物燃料。气化合成航空生物燃料示意图如图4所示。
3.1.3 各大公司抢占产业主导权
世界各大公司都已意识到生物燃料在未来航空业发展中的战略地位。例如：波音公司与UOP能源公司联合，将含油作物或废弃油料作为主要原料，采用“生物衍生合成石蜡烃煤油”方法制备生物燃料。
空中客车公司与罗尔斯·罗伊斯、道达尔能源公司合作，将海藻作为主要生产原料，开发从木质纤维、海藻中提取生物燃料的制备方法，并将重点放在推广原料种植上。
3.2 国际航空公司生物燃油的商业发展
2008年2月24日，英国维珍大西洋航空公司的一架B747客机携带了按2∶3与传统燃料混合的生物燃料，成功从伦敦飞往阿姆斯特丹，是世界上首次使用生物燃料的飞行试验。
2009年1 月7日，由美国大陆航空公司的一架B737 客机在休斯顿完成了北美首次采用可持续生物燃料（50%生物燃料与50%传统喷气燃料）作为动力源的商业试飞；同年6月8日，空客公司在柏林国际航空航天展览会上完成了世界首架纯生物燃料驱动飞机的试飞。
2010年11 月24日，一架使用麻风树为原材料的航空燃煤的A320客机从巴西里约热内卢成功试飞，是航空生物燃油在拉美地区的首次应用。
2011年是生物燃料的一个转折点，全球燃油标准机构批准了生物燃料在民用航空领域的应用。7月 15日，德国汉莎公司的一架A321客机在一个引擎装有50%的生物燃料的配置下，开通了每天从汉堡到法兰克福往返8次的定期航班运行，并持续了半年之久；9月，荷兰皇家航空公司采用餐饮废油提炼生物燃料，完成从阿姆斯特丹到巴黎的商业飞行；11月，美国大陆航空公司与索拉兹米公司合作，采用以藻类原料所产的生物燃料完成了首次美国商业客运航班飞行。
2012年，国际民航组织秘书长搭乘了首次以可持续代用燃料为动力的转机航班，从加拿大蒙特利尔前往巴西里约热内卢，标志着可持续未来的飞行航径已纳入国际民航组织的特别举措。
2015年，通过每年向其用户提供250 万升含50%生物燃料的航空燃料，挪威奥斯陆机场成为全球首家定期供应生物燃料的枢纽机场。
2016年3月，美联航开始在洛杉矶国际机场使用可持续替代燃料的日常飞行，这标志着世界首条航空生态燃料的商业日常运作航线。此外美联航还与霍尼韦尔下属公司联合投资，计划三年内在LAX机场建成可提供5680万升航空生物燃料的工厂。
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国内航空公司生物燃油的发展
虽然目前我国对欧盟碳排放交易制度持抵制态度，但长期来看，ETS一旦生效，中国民航业预计在2020 年将支付超过30 亿元人民币的额外费用，中国飞往欧洲的航班每增加一班，一年将增加1500万人民币的额外成本，这对航空公司来讲是一笔巨大的开销，可见航空碳排放体系无疑是一道不能忽视的“碳壁垒”，因此，在我国大力推行并发展行之有效的减排手段刻不容缓。
4.1 我国目前航空生物燃油的局限性
4.1.1政策局限
当前我国碳排放交易体系尚未成形，还缺乏行之有效的监管。而且我国航空生物燃油仍处于起步阶段，并没有建立健全符合我国国情的可持续标准，目前仍参照美国测试和材料协会（ASTM）制定的国际认证标准。
4.1.2 成本限制
航空生物燃料的高昂价格限制大规模应用。首先是生物燃料的原料种植生产需要的时间周期太长，对生产商来说风险过大。其次，由于生物原料加工后的初步产物是柴油，还需二次分裂去碳才能产出航空燃油，过程繁琐，技术成本高，加之航空生物燃油的生产过程比公路生物燃油要更加严格，因此，生物燃料生产成本高于传统燃油。
目前，生物燃料成本是传统燃油的2～3倍。以餐饮废油为例，其所不同于地沟油的是必须为不含水的油脂，故而收集成本较高，据测算平均大约3吨餐饮废油才能生产1吨生物航油。
4.1.3 市场制约
航空生物燃料受到传统燃油市场的严重制约。从相关报道和发表文献来看，国外航空生物燃料研究在2010年前后 达到高峰，2014年后则明显放缓，这与2010年前后国际油价不断攀高、2014年后暴跌并长期在低位徘徊密切相关。而且销售市场有限，不能形成一定的经济规模，整个生物燃油供应链上的公司无法筹集到所需的发展基金。
4.2 国内发展航空生物燃油的机遇
目前已经有64个国家制定了生物燃料政策来支持地面交通运输，但其中的绝大多数国家政府并没有提供航空条款，这种不均衡的发展更加凸显我国的机遇，主要有以下两点。
4.2.1 资源丰富
我国地大物博，有许多贫困地区适宜生物原料的生长，国际民航运输组织的报告指出，我国西北广大地区大量干旱、贫瘠土地，适宜麻疯树、亚麻荠等耐旱作物种植，是生物原料优良产地。
此外，我国每年餐饮废油数量极大，这对为航空生物燃油的原材料提供极大便利。另外，地沟油也是可利用的丰富的资源，中科院等机构已开始就地沟油提炼技术开展立项并取得阶段性成果。
国家发改委已发布指令在北京等几个省市开始碳交易和碳补偿的试点工作，为中国航空业制定科学、完整、系统的航空业减排方案。
最重要的是，党的十九大确立了“金山银山不如绿水青山”的环境保护信念，政府也开始制定长期政策鼓励航空生物燃油的使用，并实施相应的措施以支持降低生产成本项目的研发，比如中国社科院等科研机构也与波音、空客公司就生物燃油科技开展合作，进一步完善生物燃油的提炼技术。
4.3 国内航空公司生物燃油商用的成功案例
2011年10月28日，国航一架波音747-400型的四发客机中在北京首都国际机场执行本场验证飞行，其中有一台是加载了50%以麻风树为原料的航空生物燃料，这标志着国内首次生物燃油验证飞行圆满成功。
2013年4月24日，东航一架A320客机加注中国首次自主知识产权的生物航空燃油成功在上海虹桥国际机场完成本场试飞，为国产新能源应用和绿色低碳飞行的可持续发展产生广泛而深远的影响。
2015年 3月21日， 海南航空一架 加注50%生物航空煤油的B737-800 客机从上海虹桥平稳抵达北京首都国际机场，标志着中国自主研发生产的1号生物航煤首次商业载客飞行取得圆满成功。
2017年11月21日，海南航空一架B787-800载有15%的餐饮废油炼化而成的生物燃油，从北京首都国际机场成功飞抵美国芝加哥，成为国内首家使用生物燃料跨洋载客飞行的航空公司，也标志着中美绿色示范航线生物燃料航班成功启航。
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总结
从国外发展趋势来看，生物燃料是未来降低航空排放水平、寻找化石能源枯竭后替代能源的最直接、最有效的手段。我国是航空运输大国和化石能源进口大国，生物燃料的研究和推广应用需求比国外更为迫切。
因此，航空生物燃料是解决我国航空燃油过度依赖进口、减少污染排放，甚至是贫困地区“精准扶贫”的理想产业。虽然以现阶段市场价格情况下，航空生物燃料的收益并不乐观，对降低成本并未产生根本作用，但若ETS的全面推行使得航空业出现绝对量的减排需求时，航空运输企业在保证运量的基础上，必须为维持相对稳定的成本选择航空生物燃料。
对于D航而言， 我们应一方面继续与中石油展开合作，研发并推行航空生物煤油的应用， 另一方面可以参考国外航空公司 ，考虑建立符合发展需要的自愿排放交易体系 （即碳补偿） ，让旅客自愿支付个人所应承担的减排费用。
为保证这种自愿交易机制的 推行 ，D航需要完善一系列机制以给予乘客适当的激励 ，比如：将碳交易纳入会员积分、 提供里程换购等， 这样才既可以为碳 排放交易走向强制化提供基础， 又能为未来与国际碳排放交易体 系接轨提供必要的技术保证。