生物航油：航空業綠色能源

人類對“天空”的渴望從未間斷過，隨著航空產業的發展，飛機、火箭、航天飛機等航天航空器讓人類夢想進一步擴展，而與人類空中活動強勁趨勢相伴的則是航空運輸業碳排放量的迅猛增長。

　　據相關行業數據調查顯示，截至2019年底，我國民航運輸飛機在冊3818架，完成運輸總周轉量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。同時全球范圍內航空燃料二氧化碳的排放年均增速位居各行業之首，而且航空碳排放直接在對流層上部和平流層，更易對氣候變化產生影響。鑒于此，積極開展航空節能減排和應對氣候變化工作勢在必行。

　　目前，航空業主要從兩方面實現碳減排目標，一是引入新技術，提高運營效率，二是選用生物航油，從源頭來減少航空業碳排放量。相較于傳統航煤，生物航油可實現減排二氧化碳55%—92%，不僅可以再生，具有可持續性，而且無需對發動機進行改裝，日漸受到航空公司的青睞。從上世紀70年代起，國際上就已經開始了生物航空燃料研發并取得了試飛成功和商業飛行。但多采用油脂兩段加氫技術生產，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，大規模推廣應用并非易事。

　　采用來源廣泛、易得的農林廢棄物，如秸稈、玉米芯、木粉等作為原料，通過熱氣化—費托合成技術或水熱催化轉化技術，是生物航空燃油長期發展的可靠保障。前者主要采用氣化爐定向氣化，將農林廢棄物轉化為以氫氣和一氧化碳為主的合成氣，進而通過一氧化碳加氫獲得長碳鏈航油液態烴。合成氣制備成本和高選擇性催化合成催化劑，制約了該技術工藝的規模化應用。后者主要采用農林廢棄纖維素類原料在溫和水熱條件下轉化為糠醛、5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸等多種平臺化合物，這些種類和結構多樣的平臺化合物在催化劑作用下通過分子組裝和結構構建，實現碳鏈增長和特殊功能，如低冰點和高密度航油組分制備，具有制備條件溫和、碳利用率高等優勢。

　　國內外相關機構在農林廢棄物水相解聚、平臺化合轉化、生物航油性能測試等方面做了大量研究。中國科學院廣州能源研究所率先建立了首個秸稈原料水熱轉化中試系統，實現生物航油的連續穩定制取，催化劑壽命達到4000小時以上，實現秸稈原料制備航油同時聯產乙酰丙酸化學品，航油性能指標達到ASTM-D7566生物航油產品標準要求。

　　我國農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，可實現航空碳減排1.2億噸。此外，在生產4000萬噸航油的同時，還可聯產乙酰丙酸及其衍生的γ-戊內酯等綠色含氧化學品和燃料添加劑約800萬噸。因此，農林廢棄物航空燃料的技術創新、工程實施及推廣，將成為我國實現航空業“碳中和”以及應對氣候變化目標挑戰的重要手段。?

?（作者系中國科學院廣州能源研究所研究員）