可持續(xù)航空燃料發(fā)展評價(jià)與對策研究

詹婷雯 鄧志彬

摘 要：隨著傳統(tǒng)航空油料消耗量的上漲，油價(jià)波動對航空成本的影響日益顯著，飛行中產(chǎn)生的溫室氣體（GHG）也成為各國環(huán)保組織關(guān)注的問題。尋求可持續(xù)航空燃料代替品從經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境保護(hù)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，文章綜述了可持續(xù)航空燃料代替品的發(fā)展現(xiàn)狀，從原料分類、試飛情況、瓶頸問題等多個維度對生物燃料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行分析，并對未來發(fā)展趨勢提出展望與對策。

關(guān)鍵詞：航空油料；可持續(xù)；生物燃料；溫室氣體

中圖分類號：F426 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0151-02

Abstract： With the rise of traditional aviation fuel consumption， the impact of oil price fluctuations on aviation costs is becoming more and more significant. The greenhouse gas （GHG） generated in flight has also become a concern of environmental protection organizations around the world. The search for sustainable aviation fuel substitutes is of great practical significance in terms of economic cost and environmental protection. The development of sustainable aviation fuel substitutes is reviewed in this paper. This paper analyzes the industrialization of biofuels from the aspects of raw material classification， flight test and bottleneck problems， and puts forward the prospects and countermeasures for the future development of biofuels.

Keywords： aviation oil； sustainability； biofuels； greenhouse gases

隨著航空業(yè)的蓬勃發(fā)展，航空油料的消耗量持續(xù)上漲，由此帶來的環(huán)境問題和經(jīng)濟(jì)問題不容忽視，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球航空運(yùn)輸業(yè)每年消耗15億～17億桶航空煤油，排放的二氧化碳高達(dá)6.23億t，約占全球總排放量的2%[1]。每桶原油價(jià)格增加1美元，全球航空運(yùn)輸業(yè)成本將增加16億美元。如何尋找到可持續(xù)的航空燃料代替品成為各國航空業(yè)尋求突破的問題。

1 傳統(tǒng)航空油料特性

傳統(tǒng)的航油料即專門為飛行器而設(shè)的燃油品種，分為航空汽油（Aviation Gasoline，Avgas）、航空煤油（Jet fuel）兩大類，其中航汽用于往復(fù)式發(fā)動機(jī)的飛機(jī)，航煤用于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和沖壓發(fā)動機(jī)。航空油料屬于石油類產(chǎn)品，由不同餾分的烴類化合物組成，主要組成元素為碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），還有微量的金屬及其它的非金屬元素。

根據(jù)飛機(jī)發(fā)動機(jī)工作性能需求，對航空油料的品質(zhì)具有嚴(yán)格要求，需滿足有良好的潔凈度、良好的低溫性、良好的燃燒性能、適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)性能、良好的熱氧化性、較小的起電性和著火危險(xiǎn)性、適當(dāng)?shù)臐櫥阅?、無腐蝕性。

2 尋求可持續(xù)航空燃料代替品的必要性

2.1 經(jīng)濟(jì)成本

航空油料是航空公司成本的重要組成部分，屬于可變成本，占營業(yè)成本的30%左右。國際油價(jià)波動將對航空公司的成本與收益造成很大影響，當(dāng)航油消費(fèi)處于上升趨勢時，公司還需通過提高航油利用效率、上調(diào)票價(jià)、簽訂航油套期保值合約、收取燃油附加費(fèi)等方式進(jìn)行調(diào)控。[2]

另一方面，因空域資源緊缺的現(xiàn)狀，我國航班的平均滑行時間高于世界平均水平，據(jù)悉，窄體機(jī)地面滑行3分鐘的油耗相當(dāng)于空中飛行1分鐘所耗航油量。以波音737-800客機(jī)為例，每滑行5分鐘需要消耗67千克燃油。每天中國民航航班量14400架次，如果每個航班多滑行5分鐘，總油耗量就超過960噸，經(jīng)濟(jì)成本巨大。因此，從經(jīng)濟(jì)成本的角度考慮，尋求可持續(xù)航空燃料代替品具有重要的現(xiàn)實(shí)必要性。

2.2 環(huán)境保護(hù)

傳統(tǒng)航空油料在飛行活動中將產(chǎn)生大量的碳足跡，對環(huán)境具有負(fù)外部性，航空活動對環(huán)境的污染已受到各國的重視。1997年《京都議定書》提出，ICAO應(yīng)對“降低或限制全球航空活動的CO2排放量”負(fù)責(zé)。中國民航局也積極成立了民航節(jié)能減排辦公室，推行《關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》等系列文件，提出要通過技術(shù)與管理創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)到2020年我國民航單位產(chǎn)出能耗和排放（收入噸公里能耗和收入噸公里CO2排放）比2005年下降22%。[3]

2.3 需求量上升

根據(jù)民航強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，民航十三五規(guī)劃的布局總覽，在運(yùn)輸航空大力發(fā)展的勢頭下，通航產(chǎn)業(yè)也將迎來新一輪的發(fā)展期，逐步形成運(yùn)輸航空與通用航空兩翼齊飛的蓬勃局面，根據(jù)Nygren等[4]預(yù)計(jì)在2026年之前航空業(yè)將以每年5%的速度增長，航空燃油需求則有近3%的增長率，航空燃料可能會出現(xiàn)短缺。航油消耗量的日益增長也是尋求可持續(xù)航空燃料代替品的現(xiàn)實(shí)需要。

3 可持續(xù)航空燃料代替品的發(fā)展與展望

3.1 可持續(xù)航油燃料代替品的分類

目前可持續(xù)航油燃料的重要研究方向集中在生物燃料上。生物燃料泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，它在生產(chǎn)過程中吸收的二氧化碳與燃燒過程中排放的二氧化碳基本抵消，也即在全生命周期內(nèi)的二氧化碳排放屬于循環(huán)狀態(tài)。按照生物燃料的生產(chǎn)原料，分為來源于可食用生物質(zhì)資源（淀粉、糖類、可食用油脂）；來源于非可食用生物質(zhì)資源（非食用油脂、木質(zhì)纖維素）；來源于微藻，三類。[5]

3.2 生物燃料的發(fā)展現(xiàn)狀

以生物燃料替代傳統(tǒng)石油燃料在飛機(jī)上使用時，無需對飛機(jī)發(fā)動機(jī)作出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改變，只需替換油品即可，因此在更換使用上具有一定的便捷性，根據(jù)實(shí)際操作，生物燃料在能源效能、駕駛、操控性等方面均不遜色于傳統(tǒng)石油燃料，因此從安全性和操作性上來說，使用生物燃料作替代是具有可行性的。

2011年10月28日，國航波音747-400進(jìn)行國內(nèi)首次航空生物柴油試驗(yàn)飛行，歷經(jīng)一小時平穩(wěn)落地后標(biāo)志著中國首次航空生物柴油客機(jī)飛行試飛成功。該飛機(jī)的2號郵箱中加注了13.1噸混合生物柴油，其余的1、3、4號郵箱分別加注了13.1噸傳統(tǒng)航煤，油箱為各自單一的發(fā)動機(jī)供油。并通過增大推力、減小推力、正常下降過程中，檢測是否有低燃油流量、低燃油警告或其它發(fā)動機(jī)警告狀態(tài)，檢測發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)，據(jù)悉飛行狀況一切正常。

此外，根據(jù)“可持續(xù)航空燃料計(jì)劃”（ITAKA），以小桐子油、棕櫚油、餐飲廢油、微藻作為生物燃料的試飛計(jì)劃也在各國陸續(xù)開展。從試飛經(jīng)驗(yàn)上，為生物燃料進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營的可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 生物燃料面臨的瓶頸問題

盡管生物燃料在實(shí)際試飛中表現(xiàn)出不俗的應(yīng)用前景，但要形成產(chǎn)業(yè)鏈，不可避免地會遇到諸多瓶頸問題，諸如原材料的獲取，無論是以可食用生物質(zhì)資源還是非可食用生物質(zhì)資源為生物燃料的原料，如何安全高效并且具有經(jīng)濟(jì)效益地獲取上游原料都是值得思索的問題。即便采用最新科技研發(fā)的微藻技術(shù)，盡管不需要占用耕地面積和淡水資源，避免“與人爭糧”的局面，但藻類的收割和干燥過程依舊十分昂貴。又如盡管生物燃料的使用無需改造發(fā)動機(jī)，但對于儲存、運(yùn)輸油品的管罐系列設(shè)施設(shè)備卻還需進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化、在長期儲存中盡量減少腐蝕、微生物滋生等問題，保證航油的潔凈性。

此外，作為一門新興技術(shù)，能否順利推廣還涉及行業(yè)規(guī)章、社會治理、大眾認(rèn)知度等多維度的問題。生物燃料符合民航業(yè)倡導(dǎo)綠色低碳飛行的指導(dǎo)思想，相信在未來將是航油新能源發(fā)展趨勢的重要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐惠喜.生物航油為航空業(yè)帶來新曙光[N].經(jīng)濟(jì)日報(bào)，2009-08-27（15）.

[2]柴建，張鐘毓，李新，等.中國航空燃油消費(fèi)分析及預(yù)測[J].管理評論，2016，28（1）：11-21.

[3]戴平，王峰云.航空活動對全球氣候影響研究綜述[J].科技風(fēng)，2011（17）：15-16.

[4]Nygren E.Aleklett K.Hk M.Aviation Fuel and Future Oil Production Scenarios[J].Energy Policy，2009，37（10）：4003-4010.

[5]喬凱，傅杰，周峰，等.國內(nèi)外生物航煤產(chǎn)業(yè)回顧與展望[J].生物工程學(xué)報(bào)，2016，32（10）：1309-1321.