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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。

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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。

中国经济时报https://www.cnbiofuel.com/industrynews/275.html

作者: 网站小编

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