2024-03-09 农历甲辰年 正月廿九
“地沟油”变身航空替代燃料

受访专家:北京航空航天大学能源与动力工程学院教授   孙轶斐

本报记者   牛雨蕾

9月16日,日本成田机场首次引入当地企业生产的可持续航空燃料作为飞行燃料。有媒体报道称,这种燃料的原材料之一是餐饮业产生的废食用油,也就是俗称的“地沟油”,相比传统航空燃料,可持续航空燃料预计能使碳排量减少80%左右。同月26日,欧洲空中客车公司与中国航空油料集团公司签署可持续航空燃料采购协议,用于空客天津的交付飞行。此次采购的可持续航空燃料,将由中石化镇海炼化厂使用废食用油作为原材料炼制生产,计划于今年年底前投入使用,这将是空中客车公司首次在中国使用可持续航空燃料。

北京航空航天大学能源与动力工程学院教授孙轶斐告诉《生命时报》记者:“在生产替代燃料方面,日本确实走在前面。20年前,我参观过位于日本京都生产生物柴油的企业,当时该市的公交车与垃圾收运车已经开始使用废食用油生产的生物柴油运行。”本次为成田机场提供可持续航空燃料的公司网站显示,预计2025年开始大规模生产,2030年替代10%的传统航空燃料。

可持续航空燃料的原料包括废食用油、动植物脂肪、农业和林业废物、城市固体废物等,是一种在航空领域被公认为能够部分替代传统石油基航油的绿色燃料。孙轶斐介绍,废食用油生产可持续航空燃料,主要使用的是HEFA-SPK(加氢酯和脂肪酸合成石蜡煤油)工艺,包括预处理、加氢催化、裂解异构、分馏四个步骤。该生产技术对废弃食用油有三方面要求:1.有害组分易分离。通过预处理去除原材料中的水分、固体杂质等,有利于后期生产高品位新燃料。2.油脂含量高。油脂量高表明其碳含量高,有利于获得较高的可持续航空燃料产率。3.原料成本可控。原料决定了航空替代燃料的价格,如果原料成本过高,将导致航空替代燃料的高成本,不利于推广。孙轶斐介绍,相比传统石油基航空煤油,可持续航空燃料有两大优点。

减少温室气体排放量。据测算,使用废食用油生产的新燃料与传统燃料相比,在全生命周期中,二氧化碳的排放量降幅为55%~90%。按照我国目前航煤年消费量3000万吨计算,如用新燃料全部替代传统航煤,每年可减少二氧化碳排放5500多万吨,相当于植树约5亿棵。

实现废物高值化利用。废食用油从垃圾分类的角度属于餐厨垃圾,通常采用厌氧消化、好氧处理或协同焚烧等处置方式。废食用油的大量掺入,一方面会增加系统的负荷、焚烧系统的热值和运行不稳定性。另一方面,现有生活垃圾分类不严格,家庭废食用油会进入到污水处理系统,从而增加污水中COD浓度,增大污水处理系统负荷。另外,废食用油中碳含量高,具有高附加值能源转化的潜力,无论在垃圾处理系统还是污水处理系统中,都会造成潜在能源的浪费。因此,废食用油的回收利用,能够避免上述处置方式带来的环境问题。

可持续航空燃料的技术可行性与安全性已得到验证。早在2008年,欧美各国就陆续开展了研发与试飞研究,2011年开始商业飞行。我国对航空替代燃料的探索始于2009年,2013年在上海虹桥机场,加注了航空替代燃料的东航现役空客A320飞机,成功完成技术试飞。孙轶斐称:“日本成田机场引入可持续航空燃料给行业推广带来希望,但规模仍旧较小。”她认为,目前制约可持续航空燃料大规模推广的因素主要有三点。

原料成本高、回收难度大。目前废食用油主要来自与餐厅、酒店等产生的餐厨垃圾原料供应不足使其回收价格日渐上涨。据日媒报道,近期废食用油的收购价格出现明显上涨,部分地区比去年翻了一番。我国面临同样问题,2015年废食用油的回收价格为4000元/吨,而2022年高达9600~1万元/吨,且价格还在上升。高昂的价格导致生产可持续航空燃料的成本为传统航油的1.9~2.8倍,大大限制了其产业发展。“实现原料多样化对可持续航空燃料的大规模、低成本生产至关重要。”孙轶斐称。

产品认证成本高、周期长。相关产品需要依次经过燃料规格特性审查、适用用途审查、组件与台架测试、以及飞机与发动机飞行测试四个认证过程,全流程费用支出超过约6000万元。此外,产品认证周期长,以中国石油化工集团有限公司为例,从部署项目到取得认证共计21年,大多企业为降低风险,更倾向于生产低碳柴油与汽油的道路交通燃料。

成熟技术单一。加氢酯和脂肪酸合成是目前最成熟、使用最广泛的可持续航空燃料生产技术,其他工艺因技术要求高,尚未实现商业化。但现有工艺生产的可持续航空燃料,减碳量约50%左右,仍有大量的二氧化碳被排放到大气中,在航空业的“双碳”目标面前表现乏力。孙轶斐说:“受限于技术瓶颈与研发成本,国内目前只有少数企业开展可持续航空燃料的研发。要迎接可持续航空燃料市场化与产业化的到来,必须实现多种技术路线并进。”▲