生物航油：航空業(yè)綠色能源

人類對“天空”的渴望從未間斷過，隨著航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，飛機(jī)、火箭、航天飛機(jī)等航天航空器讓人類夢想進(jìn)一步擴(kuò)展，而與人類空中活動強(qiáng)勁趨勢相伴的則是航空運(yùn)輸業(yè)碳排放量的迅猛增長。

　　據(jù)相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，截至2019年底，我國民航運(yùn)輸飛機(jī)在冊3818架，完成運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量1293億噸公里，燃燒石化航空煤油超過3500萬噸，碳排放超過1.2億噸。同時全球范圍內(nèi)航空燃料二氧化碳的排放年均增速位居各行業(yè)之首，而且航空碳排放直接在對流層上部和平流層，更易對氣候變化產(chǎn)生影響。鑒于此，積極開展航空節(jié)能減排和應(yīng)對氣候變化工作勢在必行。

　　目前，航空業(yè)主要從兩方面實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，一是引入新技術(shù)，提高運(yùn)營效率，二是選用生物航油，從源頭來減少航空業(yè)碳排放量。相較于傳統(tǒng)航煤，生物航油可實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳55%—92%，不僅可以再生，具有可持續(xù)性，而且無需對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改裝，日漸受到航空公司的青睞。從上世紀(jì)70年代起，國際上就已經(jīng)開始了生物航空燃料研發(fā)并取得了試飛成功和商業(yè)飛行。但多采用油脂兩段加氫技術(shù)生產(chǎn)，其主要原料為植物油、微生物油脂、餐飲廢油，而這些油脂原料來源有限，成本昂貴，大規(guī)模推廣應(yīng)用并非易事。

　　采用來源廣泛、易得的農(nóng)林廢棄物，如秸稈、玉米芯、木粉等作為原料，通過熱氣化—費(fèi)托合成技術(shù)或水熱催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，是生物航空燃油長期發(fā)展的可靠保障。前者主要采用氣化爐定向氣化，將農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為以氫氣和一氧化碳為主的合成氣，進(jìn)而通過一氧化碳加氫獲得長碳鏈航油液態(tài)烴。合成氣制備成本和高選擇性催化合成催化劑，制約了該技術(shù)工藝的規(guī)?；瘧?yīng)用。后者主要采用農(nóng)林廢棄纖維素類原料在溫和水熱條件下轉(zhuǎn)化為糠醛、5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸等多種平臺化合物，這些種類和結(jié)構(gòu)多樣的平臺化合物在催化劑作用下通過分子組裝和結(jié)構(gòu)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)碳鏈增長和特殊功能，如低冰點(diǎn)和高密度航油組分制備，具有制備條件溫和、碳利用率高等優(yōu)勢。

　　國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)在農(nóng)林廢棄物水相解聚、平臺化合轉(zhuǎn)化、生物航油性能測試等方面做了大量研究。中國科學(xué)院廣州能源研究所率先建立了首個秸稈原料水熱轉(zhuǎn)化中試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生物航油的連續(xù)穩(wěn)定制取，催化劑壽命達(dá)到4000小時以上，實(shí)現(xiàn)秸稈原料制備航油同時聯(lián)產(chǎn)乙酰丙酸化學(xué)品，航油性能指標(biāo)達(dá)到ASTM-D7566生物航油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　我國農(nóng)林廢棄物如秸稈理論資源量約為9.2億噸，如其中40%被利用，可替代石油產(chǎn)品約4000萬噸，完全滿足生物航油的原料需求。以1噸生物航油使用減少二氧化碳排放3噸計，可實(shí)現(xiàn)航空碳減排1.2億噸。此外，在生產(chǎn)4000萬噸航油的同時，還可聯(lián)產(chǎn)乙酰丙酸及其衍生的γ-戊內(nèi)酯等綠色含氧化學(xué)品和燃料添加劑約800萬噸。因此，農(nóng)林廢棄物航空燃料的技術(shù)創(chuàng)新、工程實(shí)施及推廣，將成為我國實(shí)現(xiàn)航空業(yè)“碳中和”以及應(yīng)對氣候變化目標(biāo)挑戰(zhàn)的重要手段。?

?（作者系中國科學(xué)院廣州能源研究所研究員）