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专家观点 | 林宇震：我国在可持续航空燃料领域会大有作为

 

 
【核心观点】
 
民航实现零碳排放，可持续航空燃料在2050年全球的需求量将达到3.6亿吨。在我国政产学研大力协同努力下，我国可持续航空燃料到达了一个将要快速发展的临界点。
 
 
中国经济时报：我国民用航空减碳面临哪些挑战？您对我国航空绿色低碳发展有哪些建议？
 
 
林宇震（北京航空航天大学教授、中国航空发动机低排放燃烧联合创新中心首席科学家）：全球民航运输业已经达成了一致意见，航空业到2050年要实现净零碳排放，与全球脱碳的步伐基本协调。根据IATA的预测，要实现净零碳排放，主要的贡献是采用可持续航空燃料，占全部脱碳措施的65%。
 
可持续航空燃料的可持续性是指原料可连续重复地产生，并能够与经济、社会和环境相协调发展。航空燃料意味着必须符合用于航空运输的技术和适航需求。按照目前的预测，可持续航空燃料在2050年全球的需求量将达到3.6亿吨。在中国，按照我国民航发展的规划，据估计会超过0.6亿吨—0.7亿吨，这是一个巨大的挑战。主要表现在：大规模、成本可接受、零碳甚至是负碳排放、燃料组分设计和适航等五个方面。
 
一是大规模。目前，可持续航空燃料的原料主要是餐饮废油等废弃油脂，千万级人口城市的废弃油脂量大致为10万吨，全球所有的可收集量约为6000万吨，可生产出约2000万吨可持续航空燃料，与每年数亿吨的需求有巨大差距。
 
二是成本可接受。目前，可持续航空燃料无论是主要的废弃油脂生产路线，还是正在兴起的通过生物质费托合成和酒精转换为航空煤油，由于原料成本高昂和加工工艺复杂，是从原油炼制的航空煤油价格的2—5倍。航空脱碳成本高昂。
 
三是负碳排放。由于全生命周期的碳足迹，目前的主要技术路线都还做不到零碳排放，碳排放降低比例为50%—90%，达不到完全的零碳排放甚至负碳排放。
 
四是燃料组分设计。从原油炼制的航空煤油，组分主要是直链和支链烷烃，环烷烃和芳香烃，由于原油的产地和炼制工艺，具体的组成和成分有很大差异，虽然符合标准，但是没有专门针对航空发动机安全和运行进行设计，不够优化。
 
五是适航取证。现有的可持续航空燃料的适航方法是由美国制定的标准执行。要由飞机和发动机制造商同意才可以获批。造成可持续航空燃料的取证周期长达数年，耗费高达数千万元。
 
 
 
面对前述五个挑战，建议我国在可持续航空燃料方面采取以下应对措施。
 
第一，可持续航空燃料的根本是要有碳源，碳源的规模决定了最终的产能。美国和欧洲的可持续航空燃料路径，迥然不同。美国走的是纯生物质路线，这是因为美国有雄厚的农业基础，生物质原料来源充沛。欧洲走的是混合路线，生物质和电合成路线，这是因为欧洲地少人多、生物质原料不足。我国的特点是地大人多，地大就是我们有各种各样的土地资源，人多就决定了生物质来源不能触碰18亿亩耕地红线。目前，我国科学家培育的一种能源作物——超级芦竹，能够在湿地、盐碱地快速大量生长。将几乎没有经济价值国内荒地10%转化为超级能源作物种植，就可以为可持续航空燃料提供充足原料供应。
 
第二，低成本能够极大地降低航空运输脱碳成本，是实现大规模替代石油基航煤的有效手段，也是我国实现后发限制的决定性因素。可持续航空燃料的成本大头取决于原材料成本，由于大规模专门种植的能源作物，不像农林废弃物，产量和品质都有保证，成本可控。从工艺路线来看，现阶段合理路线是绝氧热解+费托合成。生物质变成可供后续加工的原料，是工艺设备的主要投资，大体会占到总成本一半，采用绝氧高温热解工艺制取合成气，就能将生物质低成本地达到费托工艺的要求，而费托工艺因煤制油在近十多年我国有了长足的发展，达到了国际领先的水平，而且成本低于国外同类装置。
 
第三，生物质本质上是把大气中的二氧化碳经过光合作用固定下来，相当于是生物方法的碳捕捉。绝氧高温热解的另外一个好处是生产生物炭，可用于土壤改良剂，能帮助植物生长，形成碳封存。快速热解工艺+费托合成，能够实现负碳排放，每生产1吨负碳排放超级芦竹可持续燃料，多吸收了大气中10吨二氧化碳，可有效助力航空运输快速脱碳。
 
第四，石油基炼制的航空煤油，组分取决于原料。基于生物质的合成燃料，相当于人工制造燃料组分，就可根据航空发动机安全性、操作性和环保性要求来设计符合标准的燃料，提升航空发动机的性能，使航空运输更安全、更易操作、更环保。例如，可通过调配直链和支链烷烃组成和成分，改善高空点火、贫油熄火等性能，使发动机工作范围更宽，保证安全性。减少芳香烃，可以减少非挥发性颗粒物排放，既减少对人体危害，又能减少高空尾迹云形成，降低对气候的影响。
 
第五，可持续航空燃料适航取证，分为4个层级认证，其中两个环节需要通过飞机和发动机供货商OEM，耗费数年、数千万元。由于我国民用航空的飞机和发动机都来自于欧美，按照他们的适航取证方法，我国发展可持续航空燃料将面临巨大风险、极长的时间和极高的经济成本。为此，我国科学家提出了将燃料视作独立产品，基于适航安全性，采用标准燃烧室和标准发动机对可持续航空燃料进行认证，在2022年的国际民航组织大会上提出了该主张，受到了缔约国和可持续航空燃料供应商极大的认可，这将降低可持续航空燃料的认证时间和认证费用，推动可持续航空燃料优质高速发展。
 
总之，在我国政产学研大力协同努力下，我国可持续航空燃料到达了一个将要快速发展的临界点，相信我国在可持续航空燃料领域，会大有作为。