航空生物燃料開(kāi)發(fā)與研究仍在持續(xù)

    面臨能源危機(jī)與環(huán)境壓力雙重挑戰(zhàn)的全球航空業(yè)，除了多年來(lái)一直努力提高運(yùn)營(yíng)效率之外，民機(jī)制造商與航空公司也開(kāi)始不遺余力地投入到開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)航空化石燃料的替代能源，即航空生物燃料的研究中。他們?cè)噲D通過(guò)這個(gè)方式從日益沉重的燃油成本和減排負(fù)擔(dān)中解脫出來(lái)。
   
    事實(shí)上，自2005年起，業(yè)界對(duì)航空生物燃料的開(kāi)發(fā)與研究歷經(jīng)近10年。在這10年中，相關(guān)的研究不斷取得進(jìn)展。自航空生物燃料于2011年被批準(zhǔn)以來(lái)，各國(guó)航空公司已經(jīng)進(jìn)行了1500多次使用這種燃料的載客飛行，證明了它在技術(shù)上的可行性。
   
    沒(méi)有人懷疑它將是未來(lái)航空業(yè)的發(fā)展方向，甚至將對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的影響。然而，值得注意的是，時(shí)至今日，航空生物燃料仍舊處于研究試驗(yàn)階段，并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的規(guī)模生產(chǎn)。
   
    生物質(zhì)“變身”航空燃料
   
    在生物燃料前面加上“航空”二字，便意味著其標(biāo)準(zhǔn)更為苛刻?！耙?yàn)橄噍^于普通的生物燃料，航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)航油的性能要求更高，所以航空生物燃料的硫化指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)較高”。中國(guó)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)馬隆龍表示，生物原料在轉(zhuǎn)化為航空燃料之后，其化學(xué)成分要與傳統(tǒng)航空燃料完全一致才可以使用。
   
    據(jù)了解，目前航空生物燃料的主要原料是生物質(zhì)。根據(jù)化學(xué)成分，可分為三大類(lèi)。第一大類(lèi)為動(dòng)植物油脂，包括棕櫚油、麻風(fēng)樹(shù)油、廢棄動(dòng)物脂肪、餐飲廢油以及微藻油等。第二大類(lèi)為糖和淀粉，包括甘蔗糖、玉米淀粉、木薯淀粉以及制糖工業(yè)的廢液等。第三大類(lèi)則為木質(zhì)纖維素，包括各種農(nóng)作物的秸稈、玉米芯、林業(yè)廢棄木料、造紙廠(chǎng)廢液等。
   
    其中，第一類(lèi)和第三類(lèi)原料也被稱(chēng)為第二代生物燃料，其從非農(nóng)作物中提取燃油的方式也逐漸取代了第一代生物燃料從玉米、大豆等農(nóng)作物中提取燃油、“與糧爭(zhēng)地”的發(fā)展方式。
   
    上述三類(lèi)生物原料在產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化工藝、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。其中，目前的大部分航空生物燃料都是從油脂類(lèi)原料轉(zhuǎn)化而來(lái)的。據(jù)馬隆龍介紹，因?yàn)閯?dòng)植物油脂作為航空生物燃料的原料，能量密度最大，其化學(xué)成分與航油最為接近，轉(zhuǎn)化的工藝也相對(duì)比較成熟。
   
    “但是這類(lèi)原料的價(jià)格也比較昂貴，為目前石化航油的1倍~25倍。再加上轉(zhuǎn)化中的損失和生產(chǎn)成本，目前由動(dòng)植物油脂生產(chǎn)的航空生物燃料成本是石化航油的3倍~10倍”。馬隆龍解釋說(shuō)，盡管生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟，但是高昂的成本使其很難在短期內(nèi)進(jìn)行工業(yè)化量產(chǎn)。
   
    經(jīng)過(guò)10年的經(jīng)驗(yàn)積累，生產(chǎn)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的航空生物燃料，在技術(shù)上已經(jīng)不難實(shí)現(xiàn)。但是，從生物質(zhì)到航空燃料的轉(zhuǎn)化，在現(xiàn)階段仍是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的過(guò)程。“種類(lèi)眾多的生物質(zhì)，和航油成分的巨大差異，以及航油產(chǎn)品的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)是航空生物燃料研發(fā)的主要難點(diǎn)”。
   
    探索本土化的解決方案
   
    中國(guó)也于2009年參與到了航空生物燃料的研究中來(lái)。2011年10月，中國(guó)國(guó)航使用一架現(xiàn)役波音747-400客機(jī)加載生物燃料與傳統(tǒng)航空煤油混合的燃料（比例為11）執(zhí)行飛行并取得成功。這是國(guó)內(nèi)首次航空生物燃料驗(yàn)證飛行。
   
    那一次飛行使用的生物原料是麻風(fēng)樹(shù)。而近日，波音公司與中國(guó)商飛合作的研究機(jī)構(gòu)則在“廢棄油脂”項(xiàng)目上取得突破，開(kāi)發(fā)了一條比傳統(tǒng)油脂直接加氫脫氧更為經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化途徑。
   
    這個(gè)項(xiàng)目旨在探索使用廢棄油脂（包括地溝油、食用油邊角料、餐飲廢油等）提煉可持續(xù)航空生物燃料的機(jī)會(huì)。波音中國(guó)技術(shù)與研發(fā)副總裁伍東揚(yáng)表示，波音在全球范圍內(nèi)一直進(jìn)行著生物燃料方面的研發(fā)合作，即根據(jù)不同地域的特點(diǎn)，原料涉及麻風(fēng)樹(shù)、海藻、沙漠植物、煙草、地溝油等。
   
    “首先，航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須立足于本土化。也就是說(shuō)，我們要充分利用當(dāng)?shù)睾线m的生物質(zhì)資源來(lái)煉制生物航油”。伍東揚(yáng)表示，只有這樣才可以有效降低航空生物燃料全生命周期的能耗和碳排放，實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)目的。
   
    作為未來(lái)最大的民航市場(chǎng)，中國(guó)自然成為了波音的合作伙伴之一?！拔覀兺瑯有枰鉀Q中國(guó)特有的原料和加工工藝所面臨的技術(shù)問(wèn)題”。
   
    地溝油就是答案之一。這聽(tīng)上去有點(diǎn)不可思議，但是作為一種極具“中國(guó)特色”的生物原料，在人們還在擔(dān)心其是否會(huì)重回飯桌的時(shí)候，它卻被證實(shí)了還有另一種可能性。易于得到且價(jià)格低廉的特點(diǎn)，使其作為航空生物燃料原料具有了某些先天優(yōu)勢(shì)。
   
    “很多生物原料的成本太高，我們希望能在中國(guó)找到一個(gè)高效的、低成本的解決方案，地溝油恰好具有這樣的特點(diǎn)”。中國(guó)商飛—波音航空節(jié)能減排技術(shù)中心資深研究員胡忠民表示，目前中國(guó)商飛—波音航空節(jié)能減排技術(shù)中心在地溝油項(xiàng)目上已經(jīng)取得了階段性突破。
   
    綜合考慮了現(xiàn)有工藝以及中國(guó)地溝油的特點(diǎn)，他們開(kāi)發(fā)了一條全新的轉(zhuǎn)化途徑?！爸袊?guó)的地溝油，成分復(fù)雜，不同批次差別極大，里面含有各種香料，殘?jiān)入s質(zhì)，沒(méi)有辦法找到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的提純方案”。因此，采用一種有別于過(guò)去的轉(zhuǎn)化工藝成為了必然。
   
    胡忠民表示，他們將地溝油簡(jiǎn)單清洗后，轉(zhuǎn)化為一種中間化工品，在此過(guò)程中去掉了雜質(zhì)，提高了產(chǎn)品純度。然后，基于這種中間品又開(kāi)發(fā)了一系列后續(xù)的轉(zhuǎn)化方案?！皩?shí)驗(yàn)室測(cè)試階段結(jié)果表明，這條途徑的原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品獲得率都接近理論上限”。
   
    據(jù)了解，胡忠民所在的中國(guó)商飛—波音航空節(jié)能減排技術(shù)中心正在籌建“中試車(chē)間”。
   
    商業(yè)化量產(chǎn)仍在路上
   
    “我們希望不僅能夠攻克技術(shù)上的難關(guān)，更重要的是未來(lái)可以使其經(jīng)濟(jì)效益得以體現(xiàn)”。胡忠民說(shuō)，初步估算，地溝油通過(guò)新工藝得到的航空生物燃料產(chǎn)品的成本僅為石化航油的2倍?！斑@給后續(xù)進(jìn)一步降低成本，提高商業(yè)化的可行性，提供了很好的起點(diǎn)”。
   
    10年過(guò)去了，業(yè)界逐漸看到了航空生物燃料走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的可能。“保證研發(fā)成果具有良好的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)前景，是我們?cè)陧?xiàng)目進(jìn)行之初就確定的目標(biāo)”。伍東揚(yáng)表示，如何進(jìn)一步降低航空生物燃料的成本，為航空公司提供可持續(xù)性的、有經(jīng)濟(jì)效益的燃油，對(duì)于航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的建立是非常重要的。
   
    研究機(jī)構(gòu)非常清楚，對(duì)于一個(gè)成熟的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，絕對(duì)不會(huì)依賴(lài)于某一種生物質(zhì)原料?！耙欢ㄊ且\(yùn)用多種原料和多種轉(zhuǎn)化工藝，才能滿(mǎn)足航空業(yè)對(duì)生物燃料的巨大需求。”伍東揚(yáng)說(shuō)，“我們不會(huì)放棄任何一種可用的原料。除了油脂類(lèi)原料外，我們?cè)噲D廣泛利用來(lái)源更多且更為廉價(jià)的原料?！?BR>   
    此外，針對(duì)現(xiàn)有的生物質(zhì)原料，目前一共有8條主要的轉(zhuǎn)化途徑。其中，有3條獲得了ASTM（美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）的審批，有了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，但是轉(zhuǎn)化成本還需要進(jìn)一步降低才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
   
    據(jù)了解，從理論上說(shuō)，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為航油的過(guò)程最關(guān)鍵的一步就是“加氫脫氧”，這直接影響著生物燃料的成本。但是，目前用于“加氫脫氧”的催化劑，主要來(lái)自于石化行業(yè)，并不是為了轉(zhuǎn)化生物質(zhì)而設(shè)計(jì)的?！斑@在使用上就會(huì)產(chǎn)生一系列的問(wèn)題，造成產(chǎn)品的污染、設(shè)備的損耗，并導(dǎo)致成本增加”。馬隆龍指出了當(dāng)前航空生物燃料轉(zhuǎn)化工藝中存在的最大難題。因此，中國(guó)商飛—波音航空節(jié)能減排技術(shù)中心的一個(gè)重點(diǎn)研究項(xiàng)目就是，通過(guò)創(chuàng)新來(lái)克服苛刻的反應(yīng)條件，并開(kāi)發(fā)新型的催化劑，以達(dá)到提高產(chǎn)品產(chǎn)量、降低成本的目的。
   
    “當(dāng)然，我們也希望和政府部門(mén)以及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)一起，促進(jìn)和推動(dòng)中國(guó)自己的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的建立”。胡忠民建議，比如稅收方面給予一定的優(yōu)惠，或者在原料來(lái)源上進(jìn)行強(qiáng)制回收等。