提升航空燃料的可持续性

Making aviation fuel more sustainable

Making aviation fuel more sustainable
Photo courtesy of Virgin Atlantic.
可持续航空燃油似乎是一个自相矛盾的说法,但这是全球航空业、化学家、生物化学家和工程师的目标。事实上,根据国际航空运输协会公布的数据,自可持续航空燃油在2008年首次实现商业飞行以来,已有超过132,000架次的商业飞行采用可持续航空燃油作为燃料。

国际航空运输协会致力于推动可持续航空燃油的发展。该网站称“近期内,没有可以替代液烃燃料的航空燃料,2040年前不太可能实现电动商业飞机。因此可持续航空燃油是能够在中期内缓解行业排放增长的唯一能源解决方案。”航空公司通过使用单发动机滑行、翼梢小翼和改进飞行方式等方案,已经取得了大部分可获取的燃油经济性提升(从2009年开始,为1.5%)。

向市场提出具有良好成本效益的可持续性解决方案将获得巨大的回报。国际航空运输协会估计,2018年在航空燃料方面的年度支出将达到1,400亿美元,其中在可持续航空燃油方面的支出低于0.04%或5亿美元。国际航空运输协会航空环境高级经理Robert Boyd在英国伯明翰市最近举行的一个会议上说仅有四家商业机场(加利福尼亚州洛杉矶、挪威卑尔根和奥斯陆、瑞典斯德哥尔摩)定期供应可持续航空燃油(Jet A或Jet A-1)。布里斯班和日内瓦预计将于2018年投入使用。

航空的下一步发展目标是实现碳中和增长,满足整个行业不增加碳足迹的航行需求。这一目标包括在了“楔形体”模型中,显示了航空行业(航空器运营和地面活动)在过去15年间乘客和飞行次数巨大增长的背景下,如何降低碳排放的增长率,同时计划在未来30年继续降低实际碳生产。

航空行业不能简单的等待地面交通(尤其是客车)的电气化,然后将所有生物产品用作航空燃料。那是不可持续的。在税务和其他激励措施的带动下,加利福尼亚和英国正在开展大量的研发工作,但是商业化正在全球范围内推进。

Image courtesy of Air Transport Action Group


原材料存在巨大的差别,喷气燃料用的化学品和生物化学路径也是千差万别。“可持续”并不意味着必须是生物性的—比如生物乙醇、或者水藻或(非食品)植物提炼的天然油。许多公司正在关注城市固体废弃物或工业废气,将其看作潜在的碳资源,并且将其进行升级成可与Jet A(美国)或Jet A-1混合的产品。

LanzaTech就是这样一家碳循环公司,于2005年成立于新西兰,目前其总部位于美国伊利诺伊州的芝加哥,是居2018年度全球最具创新性企业榜首的科技型公司,并在2017年和2018年被《生物燃料文摘》评为“最热门先进生物公司”。该公司的创始人和首席科学家Sean Simpson开始研发能够将工业废弃一氧化碳变为乙醇的细菌。废气可能产自钢生产、炼化、化学品生产或生物质气化,包括可填埋或焚烧的未分类不可循环城市固体废弃物。

LanzaTech在中国和台湾建造和运营有示范设施,能够将钢厂废气转变为乙醇。在日本,该公司和日本化学品公司Sekisui一起,成功将未归类城市固体废弃物转化成了燃料和化学品。第一座商业化运营公司于2018年5月份投产,乙醇年产能达到了48,000公吨。与世界最大的钢铁公司ArcelorMittal合建的第二座工厂正在比利时建造,计划于2020年投产。在印度,LanzaTech正与印度石油公司合作建造一座产能为35,000 MTA的工厂,对Panipat炼厂产出的炼厂废气进行转换,预计于2019年投产。

上述处理厂能够生产乙醇和其他化学品,但是LanzaTech在美国佐治亚州的Freedom Pines生物炼油厂展示了向航空燃料的转化。LanzaTech与美国能源部太平洋西北国家实验室合作开发所谓的醇制喷气燃料工艺。2018年,使用中国一家展示厂生产的废气气态乙醇(Lanzanol)和粮食乙醇成功生成了合成石蜡煤油。因此,ASTM D7566进行了修订,将乙醇纳入了醇制喷气燃料或者ATJ SPK的56有效原料,与Jet A的比例最高可达到50%。

LanzaTech的欧洲副总经理Carl Wolf说:“乙醇制喷气燃料的ASTM资质表明,只要有可持续的乙醇,我们就有可能生成低碳喷气燃料,ASTM D7566附件A5纳入乙醇具有重大意义,因为这意味着我们能够通过获取全球各类可用的可持续性乙醇原料对本技术进行衡量。这是支持航空领域实现无碳化目标的关键。”

乙醇制喷气燃料是利用三项技术(费合化学,天然气合成油生产和加氢操作中用的是其他类别)实现可持续航空燃油的五个批准路径中的一个路径。

七月份,LanzaTech获得了410,000英镑(531,360美元)的经费支持,专门资助位于英国的一家乙醇制喷气工厂,该厂使用各类原料(包括工业排放)生产乙醇。他们还从美国能源部针对美国的类似项目获得了400万美元的资助。

Image courtesy of PNNL/Andrea Starr


十月份,维珍航空发出了第一班使用LanzaTech-PNNL项目产生的回收废气从美国弗罗里达州奥兰多飞往英国伦敦的商业航班,标志着低碳航空新时代的到来。

当然,乙醇制烃类燃料仅是一种可能性。许多拥有良好思路的公司已经倒下了,因为他们只关注燃料。波音公司的欧洲战略总监Richard Mills通过介绍阿联酋在建的一个项目——海水农业综合系统,强调了综合性的要求。一家养鱼场提供了滋养水模拟耐盐植物的生长,然后可持续地收获这些植物以提供生物质用于燃料生产。未来项目可以支持红树林沼泽,提供额外的海防。其他项目可从其生产的化学品中获得利润。

英国的咨询公司High Torrs公司的Martin Hopkins说有许多经验教训。Hopkins的职业生涯最初是从事石油炼化和废弃物,之后转向建设,然后又转向了使用城市固体废弃物和建筑垃圾的焚化炉和气化器的开发、融资、建造、管理和(不幸)关闭焚烧炉和气化器,旨在利用生活垃圾和建筑废物。

“近年来,开发出了许多将废弃物转换成能源和其他材料的技术。但是不幸的是,通常对相关的问题缺乏理解。开发者和投资者不能充分考虑废弃物和涉及工艺成熟度桥接间存在的问题。多年来,这一问题导致了许多项目的失败,浪费了资金,影响了正常的发展。使用废物生产航空燃料的机遇非常令人兴奋…但是,进入这个市场需要吸取经验教训,确保不再重蹈覆辙。”

但是,行业的态度是非常积极的,这一点毋庸置疑。在伯明翰举行的会议上,壳牌、BP、主要航空联盟成员、波音和空客,以及英国政府均派了出席代表。在如此高的兴趣支持下,未来前景充满希望。

You may also like

The Latest News.

Delivered Daily!

Sign up for FREE industry updates.
First with the latest. F+L Daily. Sent to your inbox Everyday.
F+L Week 2019 and ALMU AGM | Tower | 300×600

F+L Magazine Digital Edition

F+L Magazine 2018 Quarter 4

Quarter Four 2018, Volume 24, Issue 4

Click to view