助力“雙碳”，生物航煤蓄勢待發(fā)

茅佳兵

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航空運(yùn)輸業(yè)保持著持續(xù)增長的態(tài)勢，使用傳統(tǒng)航空燃料帶來的溫室氣體排放逐年增加。據(jù)估計(jì)，2019年航空運(yùn)輸業(yè)產(chǎn)生的CO2排放總量約9億噸，超過全球排放總量的2%。為了保障航空運(yùn)輸業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)低碳革命和著力發(fā)展以低碳為核心的新能源技術(shù)已成為國際民航業(yè)的普遍共識(shí)。

可持續(xù)航空燃料

民航飛機(jī)的特點(diǎn)和現(xiàn)階段的技術(shù)水平?jīng)Q定了氫能、電能、核能等新能源在短期內(nèi)無法普及和應(yīng)用，航空運(yùn)輸業(yè)在低碳能源上并沒有太多的選擇，在很長一段時(shí)間還需要持續(xù)地和液體燃料打交道，具有低碳、可持續(xù)特點(diǎn)的液體航空替代燃料必將是被重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。2017年9月國際民航組織明確提出了“航空替代燃料必須滿足可持續(xù)性”這一環(huán)境要求，并將這種替代燃料稱為“可持續(xù)航空燃料（SAF）”。

今年1月，波音公司表示，將在2030年前開始交付使用100%SAF的商用飛機(jī)。其發(fā)布的首份可持續(xù)發(fā)展報(bào)告更是聚焦SAF，將其作為目前航空運(yùn)輸業(yè)碳減排最直接最有效的手段。同樣在今年，空客公司、德國DLR研究中心、羅羅以及可持續(xù)航空燃料生產(chǎn)商N(yùn)este聯(lián)手啟動(dòng)了具有開創(chuàng)性的“替代燃料排放和氣候影響”（ECLIF3）項(xiàng)目，研究使用100%SAF對(duì)飛機(jī)排放和性能的影響。

生物航煤是可持續(xù)航空燃料中目前應(yīng)用較廣的一種。生物航煤是指從廢棄油脂、農(nóng)林廢棄物、藻類等生物質(zhì)原料中提煉的可供航空器使用的新型燃料，無需對(duì)飛機(jī)現(xiàn)有燃油、動(dòng)力等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行改造。其成分與傳統(tǒng)航煤基本一致，燃燒過程中碳排放比例不變，但由于其原材料在生長過程中會(huì)吸收空氣中的二氧化碳，除煉化中的能耗外，不會(huì)額外增加空氣中二氧化碳的含量，從而起到減少碳排放的效果。根據(jù)測算，生物航煤全生命周期二氧化碳減排幅度在67%至94%之間。

目前生物航煤的主要生產(chǎn)工藝路線包括加氫法、費(fèi)托合成、生物質(zhì)熱裂解技術(shù)、催化裂解技術(shù)、生物異丁醇轉(zhuǎn)化等，其中加氫法和費(fèi)托合成法生物航煤制備技術(shù)發(fā)展迅速。而無論何種工藝生產(chǎn)的生物航煤均滿足“航空替代燃料可持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)”，是一種具有較高技術(shù)成熟度和市場應(yīng)用前景的可持續(xù)航空燃料。

商業(yè)化應(yīng)用現(xiàn)狀

英國是在民航領(lǐng)域最早成功完成生物航煤飛行試驗(yàn)的國家。早在2008年，英國維珍大西洋航空公司的一架747客機(jī)采用與傳統(tǒng)燃料混合的生物燃料，成功從倫敦飛往阿姆斯特丹。此后美國、巴西等國家也相繼完成了首次生物航煤的商業(yè)試飛。

2011年，全球燃油標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)了生物航煤在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用。隨即德國漢莎公司開通了生物航煤的定期航班，并持續(xù)了半年之久。

2015年，通過每年向其用戶提供250萬升含50%生物航煤的航空燃料，挪威奧斯陸機(jī)場成為全球首家定期供應(yīng)生物航煤的樞紐機(jī)場。

目前，國外生物航煤的發(fā)展重點(diǎn)已從原材料生產(chǎn)、加工工藝研究轉(zhuǎn)向了商業(yè)應(yīng)用，開展了大量試飛和應(yīng)用推廣工作。截至2020年底，使用生物航煤的商業(yè)飛行已超過10萬次。美國、瑞典、挪威的5個(gè)機(jī)場已實(shí)現(xiàn)生物航煤的常規(guī)加注，8個(gè)機(jī)場進(jìn)行了生物航煤的批次加注。

在國內(nèi)，中石油最早涉足生物航煤領(lǐng)域，2007年開始原材料種植計(jì)劃，次年聯(lián)姻美國霍尼韋爾公司生產(chǎn)。2010年波音公司與中國企業(yè)開展了一系列與開發(fā)生物航煤相關(guān)的活動(dòng)，并簽署了三項(xiàng)合作諒解備忘錄，2011年國內(nèi)首次生物航煤驗(yàn)證飛行圓滿成功。

此外，中石化于2009年開始以餐飲廢油為原料的加氫工藝研究，并在2013年成功完成試飛，2014年中國民航局向中石化頒發(fā)國產(chǎn)1號(hào)生物航煤技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目批準(zhǔn)書。2015年國內(nèi)首次商業(yè)載客飛行取得成功，2017年國內(nèi)首次完成使用生物航煤跨洋載客飛行。

從2017年跨洋示范運(yùn)營后，國內(nèi)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)如中石化、中石油、北航、民航大學(xué)、北京三聚環(huán)保等雖從生物航煤的原材料開發(fā)、生產(chǎn)工藝研究、生產(chǎn)設(shè)備建設(shè)等角度進(jìn)行了持續(xù)性的工作，但由于生物燃油成品油價(jià)格高、原材料供應(yīng)不穩(wěn)定、缺少政策扶持等原因，商業(yè)應(yīng)用處于停滯狀態(tài)。國內(nèi)已有設(shè)備也通過技術(shù)改造等方式改為生產(chǎn)其他生物燃料產(chǎn)品。

發(fā)展新機(jī)遇

2013年，國際航協(xié)飛行環(huán)境總監(jiān)保羅·斯蒂爾在國際民航組織的一次會(huì)議上指出：“從技術(shù)研發(fā)、試飛成功到實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用，生物航煤的發(fā)展將遭遇一個(gè)低谷。前一個(gè)階段的成果是行業(yè)努力所能達(dá)到的，但之后就需要更多政府層面的支持和幫助?！睔W美國家通過政策扶持、行業(yè)約束等方式，已實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。而中國的生物航煤發(fā)展顯然正處于這樣一個(gè)低谷中，但隨著2021年兩會(huì)“雙碳”要求被寫入政府報(bào)告以及國內(nèi)碳排放交易市場的正式上線，減少碳排放成為各行業(yè)現(xiàn)實(shí)且緊迫的需求。

對(duì)于航空運(yùn)輸企業(yè)而言，飛機(jī)的單機(jī)價(jià)值高、壽命周期長等特點(diǎn)，決定了短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有機(jī)隊(duì)的更新?lián)Q代，同時(shí)增量型的市場勢必導(dǎo)致企業(yè)碳排放的增加。而航空運(yùn)輸企業(yè)從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)減碳顯然沒有太多選擇，此時(shí)采用技術(shù)成熟度高、無需對(duì)飛機(jī)進(jìn)行改造且具有良好減碳效果的生物航煤，或許會(huì)成為航空運(yùn)輸企業(yè)落實(shí)“3060目標(biāo)”的最佳手段，這也將成為國內(nèi)生物航煤商業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新機(jī)遇。

以往國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的工作主要集中在原材料開發(fā)和生產(chǎn)工藝研究領(lǐng)域，也取得了較大的技術(shù)突破，但對(duì)可持續(xù)航空燃料的研究不深。這是由于國內(nèi)生物航煤飛行嘗試主要集中在2015年以前，而當(dāng)時(shí)我們國家的ARJ21-700飛機(jī)正處于取證攻堅(jiān)的關(guān)鍵階段、C919飛機(jī)也未首飛，只能選擇波音或空客的飛機(jī)進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證和試飛，關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)受制于人。隨著2016年首架ARJ21-700飛機(jī)交付運(yùn)營、2017年C919飛機(jī)首飛成功，國內(nèi)已經(jīng)具備了相關(guān)的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和條件開展飛機(jī)驗(yàn)證和試飛工作，這也為國內(nèi)生物航煤技術(shù)發(fā)展提供了新的可能。

同時(shí)生物航煤產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)有著得天獨(dú)厚的條件，2020年我國已經(jīng)成為全球最大的國內(nèi)航空市場，年均航空煤油消耗量超過3000萬噸，市場前景廣闊。西北大量地區(qū)的土地雖有干旱、貧瘠的特點(diǎn)，但非常適宜麻瘋樹、亞麻薺等耐旱作物種植，是生物航煤原材料的優(yōu)良產(chǎn)地。此外，我國每年餐飲廢油數(shù)量很大，這都為生物航煤的原材料提供了極大便利。

“雙碳”目標(biāo)打響了國內(nèi)生物航煤產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的發(fā)令槍，相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)紛紛開始布局。不久前，民航二所組織召開了國內(nèi)航空燃料可持續(xù)發(fā)展大會(huì)，參會(huì)單位包括燃油生產(chǎn)企業(yè)、航空公司、研究機(jī)構(gòu)等。會(huì)議主要圍繞國內(nèi)生物航煤生產(chǎn)與應(yīng)用展開，目的在于推動(dòng)生物航煤產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

當(dāng)然，由于國內(nèi)商業(yè)應(yīng)用仍處于停滯狀態(tài)，缺少必要的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也沒有針對(duì)性的扶持政策和行業(yè)約束，我國生物航煤產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路注定不可能一蹴而就。因此首要目標(biāo)是進(jìn)行生物航煤的商業(yè)生產(chǎn)，建立生物航煤示范運(yùn)營航線。初期首選國產(chǎn)大飛機(jī)，這不僅僅是因?yàn)閲a(chǎn)生物航煤+國產(chǎn)大飛機(jī)的標(biāo)簽可以有更好的宣傳效果和社會(huì)效應(yīng)，有利于商業(yè)推廣，更重要的原因在于飛機(jī)端驗(yàn)證、飛行保障等關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)的研發(fā)。在常態(tài)化的示范運(yùn)營中，同步探索包括原材料供應(yīng)、燃油煉化、驗(yàn)證、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、運(yùn)營的全產(chǎn)業(yè)鏈工作。

歐美發(fā)達(dá)國家正大力推進(jìn)以生物航煤為代表的可持續(xù)航空燃料技術(shù)，力圖成為新規(guī)則的制定者和領(lǐng)跑者。筆者在此呼吁相關(guān)部門盡早針對(duì)我國國情，出臺(tái)政府層面的發(fā)展規(guī)劃，支持技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建，利用制度優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)彎道超車。（本文圖片由宋楊提供）