绿色飞行：可持续燃料或使无碳航空成为可能

随着世界经济的发展，航空行业得到迅猛发展,航空燃料的需求量也与日俱增。石油作为航空燃料的主要来源,消耗量自然是越来越多。然而石油属于不可再生资源,开采时间较长,这就造成航空能源面临着资源匮乏的问题。航空燃料在使用过程中会产生二氧化碳,这对环境的影响是巨大的,如何减少航空业二氧化碳的排放是一个重要课题，因此开发可持续航空燃料刻不容缓。

●可持续航空燃料市场潜力巨大●

据国际能源署预测，从2018年到2030年，航空业将贡献全球石油需求增长的15％，与乘用车的贡献相近。这意味着尽管航空发动机、飞机气动布局等方面的效率不断提高，到2030年，航空的碳排放占全球能源相关碳排放的比例仍会上升：从2018年的2.5%上升到3.5％左右。

继欧盟和几个欧洲国家之后，亚洲三个主要经济体最近宣布了实现净零排放的目标：日本和韩国到2050年，中国到2060年。虽然现在评估它们的确切影响还为时过早，但这些声明所表达出的强大信心很有可能会进一步加速可再生能源在所有行业的部署，对全球市场产生潜在的重大影响。

寻找航空燃油替代品的一大难题是，该替代品必须储量丰富。目前，航空业每年要用17亿桶航空燃油，而燃油作为航空业最主要的运营成本，它的价格并不低廉，所以开发可持续航空燃料的市场潜力巨大。

图源网络

航空业已承诺到2050年将碳排放量比2005年水平减少50％。使用可持续航空燃料，是减少航空碳排放的关键，而生物燃料即为可持续航空燃料的一种。2008年，商业航空首次混合使用了生物燃料和化石燃料。自那以来，十几万次航班飞行使用了生物燃料，通常是将15%的生物燃料和85%的化石燃料混合。

国际能源署的可持续发展方案预计，到2030年可持续航空燃料将满足航空燃料需求的10％左右，到2040年将接近20％。

●国外可持续航空燃料的开发应用●

早在2010年左右，美国国防部考虑到美国对进口石油的依赖，就发起了开发低成本航空燃油的研究计划。研究者们把目光投向了一种新型的、储备充足的原料：动物粪便、食物残渣以及包含人类排泄物的城市污水污泥。这些原料的腐烂过程往往会放出甲烷。甲烷是天然气的主要成分，也是一种主要的温室气体。研究者在实验中用催化剂改变生物质的代谢过程，使其终产物从甲烷变成一种强效的液体燃料。该燃料燃烧时，二氧化碳排放量只有传统航空燃油的一半左右。

在今年8月，芬兰可再生燃料生产商Neste已开始向美国三大航空公司供应可持续航空燃料。芬兰Neste公司透露，可持续航空燃料（SAF）由可再生废料和残余原料制成，与传统化工航空燃料混合使用，无需对飞机发动机或机场基础设施进行任何变更。Neste公司每年可生产10万吨SAF燃料。与通常用于喷气发动机的传统化石燃料相比，它的碳排放量减少了80%。

今年10月，全日空航空公司（ANA）使用芬兰Neste供应的环保燃料进行了首飞。这是芬兰Neste公司首次向亚洲航空公司供给可持续航空燃料（SAF）。

ANA还表示，与传统航空燃料相比，使用新型燃料后将减少约90%的温室气体排放。该公司计划在2023年后，扩大与Neste的合作，加快SAF燃料的使用，加大相关环保业务应用效果。

图源：ANA航空

英国罗罗公司在今年11月也发布了关于可持续航空燃料的最新消息，该公司将在下一代航空发动机UltraFan技术演示样机的地面测试中，首次使用100%可持续航空燃料。

测试中使用的可持续航空燃料与传统航空煤油燃料相比，或将使航空发动机在全寿命周期内的二氧化碳净排放量显著的降低75%以上，并且有可能在未来几年内进一步降低。目前，已经通过适航认证的SAF可以与传统航空煤油燃料混合比例最高达50%，可适用于罗罗公司当前旗下的所有航空发动机。

图源：罗罗公司

除了罗罗公司，美国Fulcrum生物能源公司也在加速开发可持续航空燃料。该公司表示最快在2022年度起在国际线定期航班飞机上使用以家庭垃圾等为原料的可持续航空燃料，并将通过引进新一代燃料和飞机，在2050年前实现二氧化碳零排放。随着新加坡炼油厂扩建和对鹿特丹相关项目投资的加快，公司计划到2023年将产能提高到每年150万吨。

●我国可持续航空燃料的开发应用●

其实不仅是国外的航空业在重视可持续航空燃料的开发，我国也在致力于开发可持续航空燃料。

2009年中国石油天然气公司与UOP共同开始探讨以生物质为原料的柴油及航空燃料生产技术。波音研发与技术部和中科院在青岛共同开发藻类种植、收割和加工技术。在2011年首次进行了航空生物燃料的试飞。

中国石油与UOP共同研发的航空生物燃料

2012年空客公司与清华大学签署协议,开始研究以废食用油、海藻为生物的原料进行生物燃料的开发。

同年,EADS与ENN Group达成协议,开始探索以微细藻类为原料的航空燃料生产,并且已经在内蒙古创建示范基地。还有我国COMAC公司和美国波音公司在北京航空科技研究所，开发了以废食用油为燃料的航空生物燃料技术及二氧化碳减排技术。

2013年阳光凯迪新能源集团开始研发以秸秆、树枝等农林业废旧物加工生产航空燃料。并且到目前为止,已经建设出了万吨级的商业示范化装置。

在2014年，国泰航空投资美国Fulcrum生物能源公司，Fulcrum是一家专门研究以都市固体废物转化为可持续航空燃料的公司，其厂房在2020年正式投入服务后，每年可将 17.5万吨废物转化为超过1,000万加仑燃料。国泰航空还承诺将在未来10年购买110万吨可持续航空生物燃油。

图源：国泰航空

今后，我国航空公司还将继续与大型石油石化公司强强联合，进一步加大航空生物燃料研发投入，不断降低航空生物燃料生产成本，努力推动航空生物燃料的工业化生产与应用，为全球航空业的可持续发展和碳减排作出贡献。

●结语●

尽管目前可持续航空燃料的开发应用已经取得可喜进展，但仍面临一些重要问题需要解决：一是要进一步降低航空生物燃料生产成本，提高产品市场竞争力；二是扩大航空生物燃料原料来源，确保适宜原料可持续足量供给；三是提高航空生物燃料装置生产规模，进一步扩大产量，替代更多的石油资源；四是加强航空生物燃料的推广应用，确保实现减排目标。

在高油价和碳减排压力日益增加的形势下，使用可持续航空燃料已是全球航空业应对减排挑战、实现可持续发展的根本途径。

未来持续发展的航空业将为可持续航空燃料的发展提供巨大的市场机遇。

资料来源：

1.航空生物燃料技术发展背景与应用现状[J]. 胡徐腾,齐泮仑,付兴国,何皓,黄格省,李顶杰.  化工进展. 2012(08)

2.我国航空生物燃料的现状及思考[J]. 孙海洋,苏海佳,谭天伟,王慧.  生物产业技术. 2013(02)

3.可持续航空燃料最新进展，https://baijiahao.baidu.com/s?id=1683943168657104600&wfr=spider&for=pc

4.NESTE已为3家美国航空公司提供可持续航空燃料，http://www.cannews.com.cn/2020/08/14/99309253.html

5.日航2022年度起将使用生物喷气燃料，http://www.ccaonline.cn/baozhang/616663.html

作者 | Pango

编辑 | Pango