為直加型100% SAF提供生物基芳烴的途徑

莊信萬豐公司(Johnson Matthey)催化劑技術高級經理Iain Gilmore和Virent公司總裁兼總法律顧問David Kettner介紹了一項突破性的工藝,該工藝由Virent公司發明,并由Virent公司和莊信萬豐公司共同開發用于商業化,它提供了在當前航空飛機和基礎設施中使用100%可持續航空燃料(SAF)所缺失的組分:生物基芳烴。

SAF為減少航空部門的排放提供了最有前途的解決方案,它的使用不需要改變現有的飛機或機場加油基礎設施,但并不是所有的SAF都是相同的,由于混合比例的限制,許多方案只能減少少量的排放。目前,大多數SAF僅按一定比例混入石油基航空燃料使用,根據ASTM標準定義的SAF性能,這個術語已經成為各種混合物的總稱,但沒有一種是直加型100% SAF。政策框架和國際協議規定了一系列限定的碳強度或二氧化碳當量,如果混合燃料的碳排放量低于該值,則可被稱為“SAF”。

SAF市場有許多機會,但目前在提高SAF的使用比例、提高原料靈活性,以及提高生產能力等方面還面臨挑戰。

100%的SAF不能直接用于當前的飛機和燃料加注基礎設施,除非在燃料中混入芳烴。在傳統燃料中含有芳烴,但在許多生物基燃料中沒有芳烴,如酯和脂肪酸加氫產品(HEFA)以及費-托合成產品。為了確保SAF混合物是一種可直接使用的產品,航空燃料標準要求至少含有8%的芳烴。為了確保芳烴含量,目前的合成替代燃料只能以最高50%的比例與傳統航空燃料混合。這意味著傳統燃料將繼續大量使用,相關排放仍相對較高。這將無法使航空業在2030年或2050年達到任何國際航空減排目標。

此外,SAF的標準不涉及原料(有幾種不同的原料),沒有考慮不同工藝路線及其供應鏈的不同碳強度。在目前所有可用的替代品中,HEFA是目前廣泛生產的最便宜的烴類生物燃料,但它的原料來源有限,并且與生物柴油競爭原料。原料的可用性對解決方案的整體部署有著巨大的影響,必須考慮到生產SAF的所有不同途徑。歸根結底,沒有任何一條途徑或原料能夠提供足夠的100% SAF燃料,來滿足全球航空業所需的航空燃料。

全球已經有多次驗證飛行和試飛采用與傳統燃料混合的SAF燃料。不過,維珍航空公司(Virgin Atlantic)最近完成了首次跨大西洋飛行,兩臺引擎均使用100% SAF,通過BioForming糖制芳烴(S2A)技術生產,該技術可從糖中生產BioForm合成芳烴煤油(SAK)。這種混合組分為現有飛機和基礎設施使用的噴氣燃料提供所需的芳烴。SAK和SAF的混合燃料是100%可持續的直加型燃料,并且與當前的飛機引擎、加注系統和機場基礎設施兼容。

BioForming S2A技術生產的BioForm SAK可以與來自HEFA、F-T或醇制噴氣燃料(AtJ)等途徑生產的SAF混合,得到在功能上與傳統噴氣燃料沒有區別的100%生物基噴氣燃料。雖然維珍航空公司試飛時使用的燃料是從玉米中提取葡萄糖生產的SAK,但生物基芳烴可以使用多種植物糖來生產,包括甜菜糖、甘蔗和玉米淀粉,以及從甘蔗渣、玉米秸稈、草、高粱和木材中生產的纖維素糖,其他可溶碳水化合物都有可能成為SAK的原料。原料清潔后進入加氫過程使糖穩定,通過加氫脫氧降低氧含量,然后發生酸縮合以生產芳烴混合物。由此產生的SAK具有更少的多環芳烴,這意味著直加型SAF燃燒時比傳統噴氣燃料更清潔,產生更低的顆粒物排放,并提高了燃油效率。BioForm SAK可以減少80%的顆粒物排放。

通過使用100% SAF,BioForm SAK為實現2030年和2050年的減排目標提供了一條可行的途徑。它為噴氣燃料提供必要的芳烴,并可與一系列其他SAF混合,加快從傳統燃料向與現有航空技術兼容的可持續替代品的轉變。使用BioForm SAK的各種驗證飛行也表明,SAK可以成為一種“標準劑”,以確保不同的SAF混合物可以在技術規格內,并符合航空性能標準。

隨著政府政策推動SAF使用比例的增加,SAK可以為更快地提高SAF產量提供助力,使行業能夠實現其脫碳目標。這意味著行業可以在不改變基礎設施或引擎技術的情況下向前發展。

除了生產航空燃料,BioFormate包含多種化合物,可用于不同行業制造各種最終產品,包括生物汽油和生物BTX(苯、甲苯和二甲苯),用于生產許多產品,包括藥品、聚合物、紡織品和涂料。因此,這一創新過程可以成為道路運輸脫碳和生產當今世界依賴的許多產品的重要組成部分。

[張偉清摘譯自Hydrocarbon Processing,2023-12-04]