生物航油：航空业绿色能源

人类对“天空”的渴望从未间断过，随着航空产业的发展，飞机、火箭、航天飞机等航天航空器让人类梦想进一步扩展，而与人类空中活动强劲趋势相伴的则是航空运输业碳排放量的迅猛增长。

　　据相关行业数据调查显示，截至2019年底，我国民航运输飞机在册3818架，完成运输总周转量1293亿吨公里，燃烧石化航空煤油超过3500万吨，碳排放超过1.2亿吨。同时全球范围内航空燃料二氧化碳的排放年均增速位居各行业之首，而且航空碳排放直接在对流层上部和平流层，更易对气候变化产生影响。鉴于此，积极开展航空节能减排和应对气候变化工作势在必行。

　　目前，航空业主要从两方面实现碳减排目标，一是引入新技术，提高运营效率，二是选用生物航油，从源头来减少航空业碳排放量。相较于传统航煤，生物航油可实现减排二氧化碳55%—92%，不仅可以再生，具有可持续性，而且无需对发动机进行改装，日渐受到航空公司的青睐。从上世纪70年代起，国际上就已经开始了生物航空燃料研发并取得了试飞成功和商业飞行。但多采用油脂两段加氢技术生产，其主要原料为植物油、微生物油脂、餐饮废油，而这些油脂原料来源有限，成本昂贵，大规模推广应用并非易事。

　　采用来源广泛、易得的农林废弃物，如秸秆、玉米芯、木粉等作为原料，通过热气化—费托合成技术或水热催化转化技术，是生物航空燃油长期发展的可靠保障。前者主要采用气化炉定向气化，将农林废弃物转化为以氢气和一氧化碳为主的合成气，进而通过一氧化碳加氢获得长碳链航油液态烃。合成气制备成本和高选择性催化合成催化剂，制约了该技术工艺的规模化应用。后者主要采用农林废弃纤维素类原料在温和水热条件下转化为糠醛、5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸等多种平台化合物，这些种类和结构多样的平台化合物在催化剂作用下通过分子组装和结构构建，实现碳链增长和特殊功能，如低冰点和高密度航油组分制备，具有制备条件温和、碳利用率高等优势。

　　国内外相关机构在农林废弃物水相解聚、平台化合转化、生物航油性能测试等方面做了大量研究。中国科学院广州能源研究所率先建立了首个秸秆原料水热转化中试系统，实现生物航油的连续稳定制取，催化剂寿命达到4000小时以上，实现秸秆原料制备航油同时联产乙酰丙酸化学品，航油性能指标达到ASTM-D7566生物航油产品标准要求。

　　我国农林废弃物如秸秆理论资源量约为9.2亿吨，如其中40%被利用，可替代石油产品约4000万吨，完全满足生物航油的原料需求。以1吨生物航油使用减少二氧化碳排放3吨计，可实现航空碳减排1.2亿吨。此外，在生产4000万吨航油的同时，还可联产乙酰丙酸及其衍生的γ-戊内酯等绿色含氧化学品和燃料添加剂约800万吨。因此，农林废弃物航空燃料的技术创新、工程实施及推广，将成为我国实现航空业“碳中和”以及应对气候变化目标挑战的重要手段。 

 （作者系中国科学院广州能源研究所研究员）