綠色新能源

摘 要：礦物燃料的日益緊缺和碳排放量的日益增長使高能耗的民航業(yè)尋求安全環(huán)保的綠色新能源。我國已經(jīng)展開了生物燃油的審定和試飛工作。目前生物燃油的原材料從食用油轉(zhuǎn)為高產(chǎn)廉價的非食用油，按照一定的生產(chǎn)工藝和調(diào)和比例，其碳排放量、有毒氣體和顆粒物等大大下降，同時其燃燒特性與礦物燃油接近，不影響航空發(fā)動機的推力。生物燃油在未來的商業(yè)飛行中前景廣闊。

關(guān)鍵詞：生物燃油 民航 碳排放 植物油 黏度

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0143-01

進入21世紀以來，世界民航業(yè)取得了飛速的發(fā)展，目前航空業(yè)的產(chǎn)出占全球GDP的8%，但與此同時航空業(yè)排放的CO2也占全球總排放量的2%。面對能源緊缺和環(huán)境問題的雙重壓力，國際社會已經(jīng)采取了一系列措施，2008年11月19日，歐盟議會和歐盟委員會通過新法案，決定將國際航空業(yè)納入到歐盟航空排放交易體系（EU ETS）中，自2012年起正式實施。IATA也相應(yīng)提出全球航空業(yè)燃油效率年均提高2%，到2020年實現(xiàn)碳排放零增長，到2050年碳排放比2005年減少50%[1]。

跟西方民航發(fā)達國家相比，我國的民航業(yè)起步較晚，機隊較年輕，我國目前正處在民航的高速發(fā)展期，中國民航“十二五”規(guī)劃中提出到2015年，中國民航運輸機隊規(guī)模將達約2750架。一方面我國未來的航空運輸能力將極大提高，碳排放量不可能實現(xiàn)零增長；另一方面碳排放稅的收取和傳統(tǒng)航油價格的提升大大增加了航空公司的成本，目前航油的成本已經(jīng)占總成本的40%左右。針對當前形勢，我們提出了到2020年，單位噸公里能耗和單位噸公里二氧化碳排放均比2005年下降22%。這就要求我們必須尋求到安全、清潔、可持續(xù)的能源供給途徑。生物燃油無疑是未來航空燃油發(fā)展的新方向，具有廣闊的前景。

2011年國航一架波音747-400客機載著航空生物燃料在北京首都國際機場首次試飛成功。試飛所用的航空燃料由傳統(tǒng)的航空煤油與生物燃料按照1∶1比例混合。其中的生物燃料主要從麻風樹中提煉而成。生物燃油必須根據(jù)國際通行的檢測標準，按照技術(shù)標準審定程序，進行性能檢測、相容性試驗和試飛驗證等一系列工作后才能用于民航商業(yè)飛行。目前我國主要依據(jù)CTSO-2C701《含合成烴的民用航空噴氣燃料》來審定，必須確保生物航空煤油的生產(chǎn)工藝、性能指標、AJF和SPK組分的調(diào)合比例、添加劑使用、芳烴含量、與金屬和非金屬材料的相容性等符合CTSO-2C701的要求。

生物能源的使用具有久遠的歷史，在現(xiàn)代社會中，石油等礦物能源占據(jù)了主導。目前生物能源在全球能源使用中約為9%～14%[2]，其中大部分是在不發(fā)達地區(qū)的人們用于日常做飯取暖等，這種傳統(tǒng)的能源技術(shù)含量低，使用效率也低。工業(yè)化的生物燃油最初來自于植物油，例如：在歐洲葵花籽和油菜籽是生物柴油的主要原材料，美國是大豆油，泰國使用棕櫚油等。但如果大量的使用可食用的生物燃油則造成對人類糧食和耕地的占用，所以很難在航空業(yè)大規(guī)模的使用。

植物油具有很多的優(yōu)點，植物在生長過程中吸收大量CO2，從而大大降低了碳排放量，而且其能量高，抗爆震性好，無毒無污染，可降解，大大降低了二氧化硫、一氧化碳等有毒氣體和有害顆粒物的排放。植物油主要含有甘油三酯和少量的單酯和雙酯，它們含有大量的氧分，不同的碳鏈長度和分子結(jié)構(gòu)中雙鍵的數(shù)量得到不同的脂肪酸。植物油中還含有自由脂肪酸、磷脂、胡蘿卜烯類、酚類、硫磺復合物和少量的水。植物油中常見的脂肪酸是硬脂酸、棕櫚酸和亞油酸等。這些植物油的大分子結(jié)構(gòu)和重量造成了高黏度和低揮發(fā)度。相對于礦物柴油，純植物油較高的黏度影響了燃油的噴霧特性。這樣，噴嘴會噴出體積較大的燃油滴而不是霧狀的小滴燃油，從而影響油氣S+VeCfTJ1yij5m1jK0HDUQ==混合比，霧化效果差，揮發(fā)性也很低，易在發(fā)動機內(nèi)造成不完全燃燒同時大量的顆粒在燃燒室內(nèi)形成沉積。因此，純植物油不能直接用于航空渦輪發(fā)動機，可以通過加熱、混合、稀釋、微乳化和酯化等方法來改善其特性以降低黏度。

二代的生物燃油則主要來自于海藻、亞麻薺種子和麻風樹種子等，這些作物含油量高，產(chǎn)油量大，生長周期短，不與糧食資源競爭，還可種植在貧瘠荒涼地區(qū)，如沙漠荒漠地帶。這樣不但可以將荒地利用，還可以提供大量的就業(yè)機會帶動貧困地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。例如：目前廣泛使用的麻風樹油是一種甘油三酯類的非食用植物油，研究表明，麻風樹油和礦物柴油混合后其性能和排放特性與純礦物柴油接近，因此在航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

對比礦物柴油和麻風樹油的物理和化學特性，可以發(fā)現(xiàn)，麻風樹油的凝固點是4.5 ℃，礦物燃油是-6 ℃，因此在低溫天氣條件下不宜使用麻風樹油。同時，麻風樹油具有更高碳殘留物比例，會造成燃燒室更多的積碳，但其硫和氮含量比礦物柴油低很多（礦物燃油硫和氮含量分別約0.25%和1.76%，麻風樹油均約0%），因此可極大降低污染物SOx和NOx的排放量。麻風樹油更高的氧含量（礦物燃油氧含量約1.2%，麻風樹油約11.1%）又提高了燃燒效率，可大大降低不完全燃燒的碳氫化合物、一氧化碳和有害顆粒物等，而發(fā)動機輸出的推力不會有很大降低。麻風樹油作為植物油最主要的問題是其高黏性，40 ℃時礦物柴油的黏度約2.58 cSt，而麻風樹油高達36.63 cSt，是其數(shù)十倍，但隨著溫度的增加麻風樹油的黏度逐漸降低，在85 ℃以上后兩者基本相等[6]。除了加熱以外，兩者的混合也可以降低其黏度。

此外，生物柴油也可以由植物油與甲醇在堿催化劑的作用下通過酯交換反應(yīng)制得。生物柴油是比普通柴油具有更低的硫化物和芳香烴含量，更高的閃點和可降解性，其對環(huán)境的污染大大減少。生物柴油的生產(chǎn)受摩爾濃度、水和混合物含量、反應(yīng)溫度等的影響。生物柴油的特性和傳統(tǒng)柴油類似使其成為很好的替代物。在反應(yīng)過程中甘油三酯轉(zhuǎn)換為甲酯或乙醚，使分子量減小到原來甘油三酯的1/3，這樣降低了黏性并一定程度上增加了揮發(fā)性。例如，如果混合20%的生物柴油，一氧化碳和有害顆粒物的排放約降低12%，不完全燃燒的碳氫化合物的排放可降低20%。燃油的類型對渦輪發(fā)動機的進氣溫度和排氣溫度影響較小，所以當生物柴油和JAT-A混合使用時降低了污染物的排放而不降低推力，具有較好的應(yīng)用前景。

生物燃油的低碳排放和低污染物排放等優(yōu)勢必定成為航空燃油的發(fā)展方向。雖然目前由于技術(shù)和成本等問題尚未大規(guī)模使用，但美國、日本和巴西等國各大航空公司早已頻頻開展生物燃油的試飛，隨著我國節(jié)能減排目標的提出以及生物航油的研發(fā)和審定工作的積極開展，生物燃油在未來我國的商業(yè)飛行中將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

[1]林鵬.航空減排進行時[J].中國民用航空，2010，8.

[2]Hamelinck CN，F(xiàn)aaij APC.Outlook for advanced bio-fuels.Energy Policy.2006.