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负碳航空燃料的新路径探讨

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全球变暖问题日益严重，亟待各行业协力解决。航空业作为高排放行业，更需要加速减排程序。航空难以完全“脱碳”已成为业界共识，能源植物基可一连航空燃料（SAF）以碳捕获、碳封存、碳使用等多手段增进减碳降碳，使“负碳航空”成为可能。然而，SAF仍然面临本钱高、取证难、产能低等诸多挑战。为此，须从燃料标准、认证平台和能源植物工业等多方面着手，系统提升中国航空业脱碳自动权和国际博弈话语权。

为应对天气转变，国际民航组织（ICAO）提出了一揽子的减排步伐，包括飞机二氧化碳排放标准、航空系统组件升级（ASBU）、全球航行妄想（GANP）和国际航空碳抵消和减排妄想（CORSIA）等，促使天下各国接纳减排步伐。其中CORSIA接纳增量减排规则，并引入了个体增添因子举行减排责任的分派，给生长中国家带来了极大的不公正。阻止现在，ICAO已经宣布国际航空业2050净零排放的恒久目的，在此目的下制订的手艺、市场、运行和燃油相关的标准、建媾和步伐，将给天下各国尤其是生长中国家带来极大减排压力。我国海内航空市场生长强劲，但与此同时，ICAO不公正不对理的碳排放标准已成为中国民航的“卡脖子”问题。坚持航空运输业可一连生长，一直探索和完善种种减排手艺以抵达航空碳中和目的，已成为我国航空业的主要生长偏向，其中负碳航空燃料将施展主要作用。

负碳航空燃料

航空减排计划主要步伐聚焦于手艺、运行、燃油和市场机制等方面，包括严控排放标准、研发节油手艺、优化航线网络、提高运行效率、设立碳排放生意机制等。然而，在航空运力需求的飞速增添下，基于治理和运行手段的减排计划通常只能抵达放缓碳排放增速的效果。在国际航空2050碳中和目的剖析中，燃料手艺刷新的孝顺将占到55%，远高于航空器手艺和运行手段的21%和11%。若以碳中和为目的，低碳计划的焦点需从航空器的能源入手，鼎力大举生长低碳/负碳能源以替换古板航空煤油。

以生物质燃料为代表的SAF具有能量密度高、制备方法无邪、与现有航空动力装置兼容度高等优势，已成为绿色航空的首选计划。SAF是由可再生质料制成的航空替换燃料。其中，能源植物基SAF以植物为质料，在莳植阶段通过光相助用大宗吸收二氧化碳，实现“碳捕获”；通过破损、热解等手艺制备天生航空燃料以及氢、氨等，实现“碳使用”；而其余以碳为主要组成的残渣则被制成生物炭，用于肥料、建材等，实现“碳封存”；虽然在运输与制备历程中可能会带来一定的历程碳排放，但在规�；坎�，其碳捕获量可能逾越总排放量，通过碳封存实现全生命周期负碳排放（如图 1所示）。能源植物基可一连航空燃料为“负碳航空”提供了可能性。

生长SAF已成为业界解决古板燃料�；氖籽〖苹�。2021年11月12日，为引发业界降碳动力，促举行业绿色转型，国际民航组织理事会批准了CORSIA之下SAF的可一连性标准，同时还批准了切合性评价指导质料。西欧各相关机构与企业在2022年加大了在SAF领域的投入力度，并给出了响应的研究妄想�？湛汀⒙蘼薜裙疽研计銼AF的测试及推广妄想�？湛凸就氲�2030年之前实现100% SAF的认证。罗罗公司的“超扇”（UltraFan）验证机将使用100% SAF举行首次测试，并且允许在2023年年底之前对其所有现有的发念头举行100%SAF运行验证，所有遄达发念头（占全球远程机队的40%）将与100% SAF兼容�？桥乒驹市鞸AF的年产量到2025年达200万t，这是当今全球SAF总产量的10倍以上。到2030年，壳牌全球航空燃料销售额中，至少10%将是SAF�？桥圃诤衫贾谱鞯拇笮蜕锶剂瞎こЫ�2024年最先生产。

负碳航空燃料面临的三大挑战

时至今日，航空燃料市场依旧以航空煤油为主，包括SAF在内的种种航空替换燃料的使用情形远缺乏预期。负碳航空燃料作为SAF的一种，其生长在清静性认证、可一连性认证和工业结构方面面临三大挑战。

清静性认证缺乏系统级判断准则，认证要领是SAF清静包管的要害。随着全球SAF需求增添，响应的验证手艺也在一直生长。然而现在的清静性认证标准和流程缺乏系统级判断准则。

一是运营履历转化不充分。为占领国际话语权，美国起劲抢占SAF认证标准，在2009年9月，美国质料与试验协会（ASTM）批准了ASTM-D7566《含合成碳氢化合物的航空涡轮燃料的标准规范》，允许费托合成碳氢燃料的使用。诸多国家相继在ASTM的基础上推出了航空替换燃料认证标准。现有的D7566标准是基于航空煤油数十年的使用履历，划定了SAF因素、挥发性、流动性、侵蚀性和热稳固性等数十种理化特征的规模，要求燃料生产商用生物质质料造出在理化性子上和航空煤油高度相似的燃料。然而SAF的理化特征显然无法完全与航空煤油完全一致，关于航空发念头系统而言，组分和理化特征“相似而不相同”的燃料无法提供足够的系统清静性判据。

二是用试验批注清静概率问题。关于需要新批准的工艺，ASTM宣布了ASTM-D4054用于验证和审批，其中明确了新燃料的认证流程。通太过析发明，D4054的认证流程要求对燃料举行大宗试验，用试验取代清静性批注中的概率问题。凭证ASTM预计，其中规范属性审查需要37.8L，用途属性适合性审查需要320.8L，部件与台架试验最多需要37854.1L，发念头试验最多需要851718L，且部分测试项目没有给出测试条件及吸收准则。燃料在认证阶段通常没有最先批量生产，云云多的燃料需求极大地提高了认证本钱与批注难度。同时，发念头系统清静性水平是失效概率与效果严重水平的综合，通过有限次试验无法获得失效概率效果，难以提供富足的清静性证据。

别的，认证主体由原始装备制造商（OEM）认真，美国联邦航空局（FAA）和欧洲航空清静局（EASA）等羁系机构加入监视。OEM在燃料认证历程中肩负了大宗的切合性审查与试验事情，关于包括中国在内的航空后发国家而言，新型SAF的认证难以开展。以D7566和D4054为代表的现有清静性认证标准与流程，在理化特征层面使用航空煤油履历，缺乏发念头层级的清静性判断准则。不但没有推动SAF生长，反而很洪流平上制约了其生长潜力。

可一连性认证流程不明确，现在海内还没有一套完整的系统对SAF举行可一连认证，主要保存以下几点问题。

一是国际上ICAO针对国际航空业在CORSIA机制下已经制订完成SAF可一连性标准，同时其他一些认证机构也出台了针对SAF的可一连认证标准。但海内航空业还未制订相关标准，需要比对国际标准制订适合海内国情的SAF可一连性标准。

二是依据可一连性标准需要对SAF全生命周期温室气体排放举行评估。国际上接纳标准全球商业剖析模子（GTAP-BIO）和全球生物圈治理模子（GLOBIOM0）评估其土地使用转变排放，接纳温室气体、管制排放和运输中的能源使用模子（GREET）和天气转变综合评估模子（E3）评估其焦点生命周期排放，但差别的模子评估效果误差较大，且未思量SAF副产品的固碳效果。需要面向SAF全工业链开发更为精准的全生命周期排放评估模子（包括副产品的固碳模子）。

三是在可一连认证历程中，需要依据可一连性认证指南对SAF举行审查。目今海内还没有响应的审查机构，需尽快确定全工业链认证妄想，明确可一连认证事情流程及相关治理要求。

四是由于可一连性认证需要思量SAF全工业链的质量和能量流。海内现在还未有与SAF全工业链剖析相匹配的数据系统，需开发一套数据收罗溯源系统对其数据信息举行追踪和更新。

针对上述主要问题，可一连认证历程中需要多部分的协调相助以及严酷的审查事情，才华确保SAF的评估更周全、更准确，从而进一步与国际可一连认证妄想接轨，实现互认。

相关工业生长不协同，由于行业划分与专业限制，航空能源工业链上各环节工业的生长相对自力，在以石油为主要能源的工业结构下，各自专精的模式是高效可行的。但SAF替换古板航空煤油实质上是一场航空业的能源革命，相关工业强强联手才华获得更减碳、更清静、更易用、更可一连的燃料。

玉米、甘蔗、小桐子、亚麻荠以及餐厨废油等被视作目今SAF的主要质料，但因产量有限且供应不稳固，导致SAF难以规模应用。以生物质燃料为主要代表的SAF的生长，需要工业链各行业配合加入：林草业筛选能源植物，化工业探寻炼制工艺，运输业妄想储运计划，航空业评估适航清静，金融业剖析市场价值，协同多行业交织，提前结构全工业链耦合生长。

负碳航空燃料新路径的希望与突破

针对上述问题和挑战，主要应从以下几个方面开展研究，以求取得希望和突破。

制订SAF清静性认证新标准，怎样在包管清静性的条件下降低认证本钱和难度，突破西欧手艺封闭，使清静标准和认证流程越发科学易行是现在SAF生长亟待解决的问题。中国民航大学与北京航空航天大学已团结开展立异SAF清静性认证标准及要领研究项目，举行相关理论要领和手艺研究，探索燃料清静性新标准，主要包括以下几个方面。

一是改变SAF清静性批注路径。以发念头系统清静作为顶层目的，建设具备燃料区分率的变维度一体化清静剖析模子，充分使用航空煤油清静运营履历，如图2所示，将认证中的相似性检查从燃料层级提升至发念头层级，提出以清静等效为唯一认证准则的适航审定新路径。借鉴适航规章FAR-33部70章关于限寿件失效概率的批注要领，通过模子、试验和剖析相团结的方法，在发念头层级充分使用航空煤油的清静运营履历，具备了系统级的清静性较量能力，划定了系统清静界线。该路径将在包管清静水平的条件下，提高认证效率、降低制备本钱，增进形成“正反响”生态，多核驱动负碳航空工业生长，助力推动更减碳、更清静、更易用、更可一连的SAF。现在研究事情已取得了一定突破，赢得了国际认可，获批工信部与欧盟配合支持的中欧替换燃料相助项目。 640 (1).jpg

二是立异SAF清静性认证模式。在系统级清静性批注路径的基础上，为继续推动立异认证标准落实应用，提出了SAF作为航空发念头特殊部件的立异理念，借鉴手艺标准划定（TSO）认证模式，将燃料认证自力于OEM，挣脱发念头型号的约束，用标准发念头及其模子剖析认证。解决燃料认证共性问题，提高认证通用性，镌汰重复认证，降低时间本钱和燃料本钱。

三是界说SAF清静性标准认证设施。凭证燃料对航空发念头清静性的影响路径，研究标准燃烧室和标准发念头等认证相关设施的界说。建设SAF自主适航认证平台，包括标准燃烧室平台与标准发念头平台，通过标准燃烧室验证燃料理化特征及燃烧机理的共性清静问题，通过标准发念头认证平台验证燃料拟认证“发念头—燃料组合”的共性清静问题，将自主立异SAF认证要领研究从理论要领层面提升至应用层面，推出认证新标准，系统地提升中国民航脱碳自动权和国际博弈话语权。在国际规模内建设基于标准认证设施的清静性认证系统，有利于各国（特殊是宽大后发国家）团结其特点加入SAF研制，加速碳中和历程。

四是优化SAF炼制工艺和燃料系统设计。在完善清静性标准的同时，为燃料生长提供有用指导，从发念头系统清静角度找到燃料组成和理化特征与清静目的的映射，一直富厚发动神秘害清静参数集，充分使用航空煤油的使用履历确定清静参数裕度，通过参数敏感性剖析，在包管清静性要求的条件下优化SAF炼制工艺和发念头燃料系统设计，进一步降低SAF的综合本钱，增进商业化应用。

建设SAF可一连性自主认证系统，在SAF可一连认证方面，针对认证流程不明确、认证标准和相关要求还未制订以及部分数据信息欠缺等问题，将从以下几方面开展研究事情。

基于加入ICAO CORSIA机制下SAF可一连性认证的富厚履历，同时借鉴蹊径运输生物燃料认证流程及规范，团结我国国情，开展SAF认证标准及要领研究，建设自主的可一连认证系统，加速工业推进。

凭证目今CORSIA全生命周期排放模子中保存的问题（ILUC和CLCA接纳差别的模子和处置惩罚要领举行评估的效果误差较大），开展SAF全工业链的全生命周期排放评估模子的研究，确保SAF的可一连性评估更快捷，更准确。

针对目今SAF生产阶段可一连性评估剖析中并未思量可追溯、可定量评估的副产品固碳效果的问题，研究副产品的固碳模子及其对SAF全生命周期排放模子的孝顺，有用支持航空碳抵消市场机制的生长。

依据SAF全生命周期排放评估各环节数据需求，建设SAF全工业链数据收罗溯源系统，包管SAF认证历程中数据的可靠性，提高可一连认证效率。

推动能源植物工业结构，能源植物通过光相助用把二氧化碳和水直接转化成不含氧的碳氢化合物，是一种可再生的、可一连开发的能源。能源植物具有许多优点：优异的生态性，能源植物中的高能物质险些不含有对情形污染严重的硫化物，对沙漠、盐碱地等尚有改善效果；本钱低，生产利便，能源植物漫衍广，若因地制宜莳植，能够实现就地炼制，在工业规�；�，其制备本钱要低于化石能源的开采；可再生性，能源植物可以迅速生长，通过规�；�，包管产量。

近年来，新一代能源植物及生物基因重组手艺为解决质料供应问题提供了新思绪。经调研，我国天气、地形多样化水平高，相宜数十种能源植物莳植,且在植物杂交育种手艺领域一直取得起劲希望，如能加速形成工业市场，将为增添SAF质料产量提供主要包管。狼尾草、芦竹、芒草等能源植物经杂交育种后产能较高。在改善航空能源结构、包管产能供应的同时，做到“不与人争粮，不与粮争地”。

燃料的原质料开采、炼制、运输、使用等各环节都保存碳排放，因此权衡一种燃料可一连与否需要对其举行全生命周期妄想结构，与工业链上下游各方开展普遍相助，使燃油需求侧与供应侧之间形成协同联动。协同制造业、运输业、林草业、化工业、金融业等多行业交织，强强团结形成协力。建设完善的“质料—炼制—运输—加注—使用”的完整工业链，推动能源植物工业结构，为我国民航业和新能源工业的可一连生长提供有力支持。

国际航空“碳减排”规则和机制已成为蓬勃国家制约后发国家生长的手段，我国既要实现大国允许，又要挣脱手艺生长的“环保枷锁”。若是无法形成解决碳排放问题的中国计划，不可掌握国际标准的话语权，将泛起很是被动的时势，后续对我国的航空制造业和航空运输业都将爆发倾覆性影响。以能源植物基SAF为代表的负碳航空能源新路径可以有序有力有用包管我国航空深度脱碳，是提升我国民航脱碳能力、维护行业生长权益、拓展行业生长空间的主要手段。

参考泉源：航空动力期刊

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