SAF將主導(dǎo)航空業(yè)脫碳

波音公司表示，航空業(yè)正在積極開展脫碳項目，可持續(xù)航空燃料（SAF）將成為航空業(yè)脫碳的重要部分。目前，SAF并未開始大規(guī)模應(yīng)用。全球航空燃料需求為1 000億加侖（3 790億升）/年，但2021年全球SAF產(chǎn)量僅為3 300萬加侖。拜登政府設(shè)定的目標是2030年生產(chǎn)30億加侖的SAF，2050年生產(chǎn)350億加侖的SAF。其他國家也設(shè)定了SAF生產(chǎn)目標。為了實現(xiàn)政府與航空業(yè)的綠色發(fā)展目標，SAF需要在十年內(nèi)加快規(guī)模化發(fā)展。

如果SAF生產(chǎn)工藝能商業(yè)化，并將成本降低到合理水平，航空業(yè)將會廣泛應(yīng)用SAF。航空燃料是碳原子數(shù)在8～16的烷烴，含有較多支鏈烷烴和環(huán)烷烴，在高空的低溫環(huán)境中不易凍結(jié)。由于芳烴的溶脹性問題，航空燃料中限制芳烴的含量。SAF的生產(chǎn)過程中不含有芳烴，目前可以在航空燃料中摻混50%SAF。

美國材料實驗協(xié)會（ASTM）批準的SAF工藝路線中，有四條化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝，其中酯及脂肪酸加氫（HEFA）工藝是最好的商業(yè)化工藝路線。HEFA工藝通過將油脂加氫飽和脫氧，并異構(gòu)化使支鏈達到航空燃料的要求，最終生產(chǎn)SAF。大多數(shù)航空公司只接受HEFA工藝生產(chǎn)的SAF，HEFA工藝避免了糧食競爭問題。

催化蒸汽熱解工藝（CH）采用高溫高壓水蒸汽在催化條件下斷鍵和脫氧，將產(chǎn)生的生物基粗油進行加氫和異構(gòu)化最終生產(chǎn)SAF。費托合成（FT）工藝利用合成氣轉(zhuǎn)化為SAF。如果合成氣來自生物質(zhì)、垃圾或造紙黑液，通過費脫合成的SAF就是ASTM批準的SAF第三條路線。由于費托合成的產(chǎn)品為直鏈烴，通常還需要增加異構(gòu)化工藝。第四條路線是醇制航空燃料（ATJ）。首先通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生醇類化合物，再通過ATJ工藝將異丁醇轉(zhuǎn)化為異丁烯（或?qū)⒁掖嫁D(zhuǎn)化為乙烯），烯烴再通過齊聚反應(yīng)生成SAF。

煉廠可以在原料中摻入5%的裂解油、生物質(zhì)原油或生物費托油，生產(chǎn)出的航空燃料可作為5%生物基含量的產(chǎn)品。目前大多數(shù)SAF是利用油脂通過HEFA工藝合成的。SAF的主要生產(chǎn)商有Neste和世界能源公司。Neste正在投資15億美元將新加坡的SAF裝置從0.34億加侖/年擴大到4.95億加侖/年，預(yù)計2023年將投產(chǎn)。世界能源公司與空氣產(chǎn)品公司合作投資20億美元將洛杉磯附近的SAF裝置（0.49億加侖/年）進行擴能，預(yù)計2025年將擴大到3.4億加侖/年。

未來ATJ和費托合成工藝可能將實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。Gevo和Lanza都在計劃建造ATJ裝置，計劃2030年產(chǎn)能達到10億加侖/年。FulcrumBioEnergy計劃在Nevoda建造一座利用費托合成工藝生產(chǎn)SAF的裝置。研究人員表示，可通過可再生能源電力生產(chǎn)液體燃料（PTL）工藝，利用捕集的二氧化碳與可再生電力電解水的氫氣合成SAF。瑞士的技術(shù)研究機構(gòu)Synhelion正在推動PTL技術(shù)的商業(yè)化，使用聚光太陽能加熱到1 500℃，利用催化劑將空氣中二氧化碳與氫氣轉(zhuǎn)化為合成氣，再通過費托合成工藝生產(chǎn)SAF。Neste和世界能源公司也在研究PTL工藝。

費托合成裝置可以生產(chǎn)生物柴油和SAF，目前生產(chǎn)生物柴油利潤更高。費托合成裝置生產(chǎn)生物柴油時，柴油收率為87%，石腦油為13%。費托合成生產(chǎn)SAF時，SAF收率為75%，石腦油為25%，低價值的石腦油收率相對較高。長期內(nèi)，電力和氫能將占地面交通運輸能源的大部分市場份額，但航空領(lǐng)域內(nèi)SAF將成為主導(dǎo)。業(yè)內(nèi)人士表示，航空業(yè)在2030年和2050年的減排目標推動下，SAF產(chǎn)業(yè)將加速發(fā)展，預(yù)計2026年SAF產(chǎn)能將超過2億加侖/年。