未來已來 可持續航空燃料變革加速

文/ 李蘊(中國航空工業發展研究中心)

近些年，全球民航業2050年實現碳中和的總路線逐漸明朗，歐美相關機構均制定了相應政策。在政策的引領下，可持續航空燃料在歐美的加速發展已成必然。我國航空運輸業市場體量巨大，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，值得業內深入思考。

2022年6月，國際機場理事會與英國航空航天技術研究所聯合發布了可持續航空燃料（SAF）最新白皮書，分析了SAF從原料生產，到加工、運輸、儲存各環節基本情況和面臨的實際挑戰，并給出可能的解決方案，旨在重申其環境效益，加速全產業鏈發展。

公開資料顯示，僅2021年以來，歐美政府和企業使用SAF對飛機或發動機開展了至少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驗室（NREL）的SAF預處理工廠

SAF可由各種來源的燃料組成，如廢棄油（地溝油）、農業廢物、脂肪或城市垃圾等，通過物理、化學或生物技術分解原料并將其重新制成具有高熱值的合乎標準的碳氫化合物，其具有傳統航空煤油的相應特征，且可在現有航空燃料設備上使用而不需要進行大規模改造。

GREET（Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies）是美國阿貢國家實驗室開發的計算模型，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，已被眾多研究機構廣泛使用，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航空燃油的排放量要高于石油），SAF可在整個生命周期內減少50%～80%的溫室氣體排放，減排潛力巨大。目前，考慮到飛機的兼容性、耐久性和安全性等多方因素，一架飛機上SAF的使用比例最高為50%，各大航空公司與航空發動機公司正在開展各種研究，以使該比例達到100%。

SAF社會效益頗高

據美國能源部統計，美國每年可收集包括玉米、油籽、藻類、農業廢物、林業廢物、城市固體廢物、廢棄油脂、濕垃圾、能源作物在內的約10億噸生物原料，如果將其全部利用起來，能夠年產1900億～2300億升SAF，足以滿足美國航空業的燃料需求，多余原料還可為其他行業提供低碳燃料或生產生物制品、可再生化學產品等。可見，SAF的價值不光在于減排，其對于經濟發展與其他生態環境問題同樣意義重大。

從經濟發展來看，SAF將帶來諸多裨益。一是SAF可提升農民收入。通過回收農業廢物、種植能源作物，為SAF市場提供原料，可以增加農民在淡季的收入，同時減少土壤養分流失、改善土壤質量，一舉多得。二是可以開辟新的經濟增長點。發展SAF，可以從原料生產、原料精煉廠的建造與運營、相關配套設施建設等多方面創造經濟增長點，將航空市場由“油廠”向“農場”轉移，推動經濟健康發展。三是可以提升就業率。據美國能源部 2019年數據，美國僅乙醇產業一項，就雇用了超過68000名工人，年生產能力近650億升，大力發展SAF全產業鏈，將極大地拉動就業，保障民生。

航空燃料全壽命周期溫室氣體排放量（前5項均為SAF）

IATA計劃內的SAF年產量與需求占比

從生態環境來看，SAF同樣能帶來可持續收益。一是可以改善生態。種植能源作物可以預防土壤侵蝕，改善水質，提高生物多樣性，增加土壤有機物含量，提升土壤品質。通過從糞便和污水污泥等廢物中生產SAF，可以減少垃圾對河流的污染，保護生態環境；二是減少有害物排放。相較于石油基燃料，SAF燃燒產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，主要在飛機起降過程產生，意味著使用SAF可以減少機場周圍的有害物含量，對機場工作人員和旅客的身體健康都有積極影響。

政策引領，美歐加速發展SAF

由于SAF產業帶來的環境與社會效益明顯，近些年，相關技術和標準逐漸成熟，尤其是隨著民航業2050年實現碳中和的總路線逐漸明朗，歐美相關機構均制定了相應政策，在政策的引領下，SAF在歐美的加速發展已成必然。

在國際組織層面，2020年9月，世界航空運輸行動小組（ATAG）發布了應對氣候變化2050路線圖，提到SAF將在長達30年的減排過程中扮演關鍵角色，且成本會持續下降。2021年10月，國際航空運輸協會（IATA）各成員國一致通過關于2050年實現民航業凈零碳排放的決議，提到要打破航空業對石油燃料的依賴，要求相關參與者擴大規模、降低成本，提供所需基礎設施，將具有競爭力的SAF推向市場，擴大應用，計劃在2050年將SAF年產量提高到4490億升。

在國家和地區層面，美國于2021年發布了首個2050年航空業凈零碳排放計劃，其中一個重要行動項是全面使用SAF。此前，白宮曾宣布將推動美國到2030年SAF年產量不少于110億升。歐洲也于2021年發布航空業凈零碳排放路線圖《目標2050》，其中提出“進一步擴大一架飛機上SAF的使用比例到100%”“制定長期激勵政策等商業化行為降低SAF價格以擴大其使用規模”兩項舉措，加速發展SAF產業。英、法分別于2021年和2022年初提出了自己的航空減排戰略，均提到將擴大SAF生產和使用規模并持續降低成本；德國提出到2030年年產至少2.5億升合成電子煤油（SAF的一種）；丹麥提出到2030年國內航班全面使用SAF、電推進與氫動力。

因此，受大環境影響，航空公司與發動機公司都在加速發展SAF。以“SAF”“生物燃料”“可持續航空”作為檢索詞在各大航空企業和數據庫檢索，統計發現，近兩年有關SAF的相關政策出臺、科學研究、試驗試飛等重要動向較前些年顯著增多，越來越多的企業和機構開始參與這場能源變革。

短期挑戰與最新突破

諸多優勢背后，SAF的發展也面臨著不少挑戰。短期內，主要有以下兩點：

一是價格昂貴。即使使用已經較成熟的加氫酯和脂肪酸（HEFA）法生產SAF，成本也是傳統航空燃料的2～3倍，而客機的燃油成本占飛行成本30%以上，這勢必會帶來機票價格的上漲，給本就因疫情遭受重創的民航業帶來新的威脅。雖然國家可能對使用SAF的航空公司給予一定優惠補助，但長遠地看，相關企業還需進一步采用新技術不斷壓低價格，在充分商業化、市場化的基礎上，配合國家政策的引導全面推廣。

二是供應鏈不成熟、產能不足。從原料的提取、生產，到原料的運輸、加工等全供應鏈發展尚未成熟。一些易獲得的諸如玉米、大豆等農作物原料會占用大量耕地，威脅糧食安全，而采用工、農、林業廢物作為原料又面臨產量不足、標準不一等諸多難題。需要盡快建立成熟的生產、供應體系，統一行業標準。另外，引導相關機構增大投資力度，加快建設SAF加工工廠等相關配套設施，可以在擴大產能的同時，促進就業、拉動經濟，確保供應鏈的盡快完善。

近期，美國能源部公布了其SAFFiRE項目的最新成果，項目團隊由美國能源部生物能源技術辦公室（BETO）、可再生能源實驗室、乙醇技術公司D3MAX、西南航空、SAF生產企業LanzaJet、酶制劑生產商諾維信公司等單位共同組建，目的是將玉米秸稈等農業廢棄物循環利用，建成一條低成本SAF生產線。該項目的關鍵處理過程在低溫低壓下完成，不產生有毒副產物，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，無須大規模設計建造新設施。項目組專家已經在小規模試驗中充分證明了該生產線的可行性，生產的SAF成本甚至還低于傳統石油基航空燃料，且可減少84%碳排放。下一步，項目組計劃用三年半的時間推進SAFFiRE的商業化，最終目標是在2040年達到年產265億升。

值得注意的是，SAFFiRE項目由BETO和西南航空共同出資，結合了數個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酵技術、諾維信公司的水解酶等多種先進技術，在LanzaJet公司主導下生產的SAF最終交由西南航空使用。可見，SAFFiRE采用了美國最常見的政企聯合的研發模式，由政府機構主導，在開展大量前期研究的基礎上，將最新科研成果與企業已成熟可迅速商業化的專利、技術等有機融合，最終產品再交由投資方之一的西南航空使用。整個研發、生產、交付流程實現完整閉環，大大加速了項目進度，對之后的大規模生產和商業化有很大幫助。

美歐企業SAF大事記（2021年起）

抓住機遇，助力“雙碳”

近期，我國在《關于加快建設全國統一大市場的意見》、2022年《政府工作報告》、政治局集體學習、中央經濟工作會議等場合多次強調要努力推進碳達峰和碳中和。我國航空運輸業市場體量巨大，配合“雙碳”戰略，是發展SAF的絕佳時機。

此外，我國已取得脫貧攻堅戰的全面勝利，推進鄉村振興已成為農村工作的重中之重。SAF的大部分原料來源于農村，且一些能源藻能在荒山、鹽堿地等非耕地生產，可有效提升中西部地區能源農業水平，拓寬農民增收渠道，促進農業高質量發展，對于鄉村振興具有重要意義。

總之，任何一項變革性事物的成熟都不可避免地伴隨諸多困難。面對困難，只有利用自身優勢，搶抓機遇，迎難而上，才能在變革中不落下風。因此，制定中國的SAF產業頂層戰略，統籌推進和大力發展SAF，已經刻不容緩。因為只有這樣，才能在新一輪能源變革中爭取發展主動權，為國家經濟社會發展作出貢獻。