可持續航空燃料發展評價與對策研究

詹婷雯 鄧志彬

摘 要：隨著傳統航空油料消耗量的上漲，油價波動對航空成本的影響日益顯著，飛行中產生的溫室氣體（GHG）也成為各國環保組織關注的問題。尋求可持續航空燃料代替品從經濟成本、環境保護等方面具有重要的現實意義，文章綜述了可持續航空燃料代替品的發展現狀，從原料分類、試飛情況、瓶頸問題等多個維度對生物燃料的產業化進行分析，并對未來發展趨勢提出展望與對策。

關鍵詞：航空油料；可持續；生物燃料；溫室氣體

中圖分類號：F426 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0151-02

Abstract： With the rise of traditional aviation fuel consumption， the impact of oil price fluctuations on aviation costs is becoming more and more significant. The greenhouse gas （GHG） generated in flight has also become a concern of environmental protection organizations around the world. The search for sustainable aviation fuel substitutes is of great practical significance in terms of economic cost and environmental protection. The development of sustainable aviation fuel substitutes is reviewed in this paper. This paper analyzes the industrialization of biofuels from the aspects of raw material classification， flight test and bottleneck problems， and puts forward the prospects and countermeasures for the future development of biofuels.

Keywords： aviation oil； sustainability； biofuels； greenhouse gases

隨著航空業的蓬勃發展，航空油料的消耗量持續上漲，由此帶來的環境問題和經濟問題不容忽視，據統計，目前全球航空運輸業每年消耗15億～17億桶航空煤油，排放的二氧化碳高達6.23億t，約占全球總排放量的2%[1]。每桶原油價格增加1美元，全球航空運輸業成本將增加16億美元。如何尋找到可持續的航空燃料代替品成為各國航空業尋求突破的問題。

1 傳統航空油料特性

傳統的航油料即專門為飛行器而設的燃油品種，分為航空汽油（Aviation Gasoline，Avgas）、航空煤油（Jet fuel）兩大類，其中航汽用于往復式發動機的飛機，航煤用于航空燃氣渦輪發動機和沖壓發動機。航空油料屬于石油類產品，由不同餾分的烴類化合物組成，主要組成元素為碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），還有微量的金屬及其它的非金屬元素。

根據飛機發動機工作性能需求，對航空油料的品質具有嚴格要求，需滿足有良好的潔凈度、良好的低溫性、良好的燃燒性能、適當的蒸發性能、良好的熱氧化性、較小的起電性和著火危險性、適當的潤滑性能、無腐蝕性。

2 尋求可持續航空燃料代替品的必要性

2.1 經濟成本

航空油料是航空公司成本的重要組成部分，屬于可變成本，占營業成本的30%左右。國際油價波動將對航空公司的成本與收益造成很大影響，當航油消費處于上升趨勢時，公司還需通過提高航油利用效率、上調票價、簽訂航油套期保值合約、收取燃油附加費等方式進行調控。[2]

另一方面，因空域資源緊缺的現狀，我國航班的平均滑行時間高于世界平均水平，據悉，窄體機地面滑行3分鐘的油耗相當于空中飛行1分鐘所耗航油量。以波音737-800客機為例，每滑行5分鐘需要消耗67千克燃油。每天中國民航航班量14400架次，如果每個航班多滑行5分鐘，總油耗量就超過960噸，經濟成本巨大。因此，從經濟成本的角度考慮，尋求可持續航空燃料代替品具有重要的現實必要性。

2.2 環境保護

傳統航空油料在飛行活動中將產生大量的碳足跡，對環境具有負外部性，航空活動對環境的污染已受到各國的重視。1997年《京都議定書》提出，ICAO應對“降低或限制全球航空活動的CO2排放量”負責。中國民航局也積極成立了民航節能減排辦公室，推行《關于加快推進行節能減排工作的指導意見》等系列文件，提出要通過技術與管理創新，實現到2020年我國民航單位產出能耗和排放（收入噸公里能耗和收入噸公里CO2排放）比2005年下降22%。[3]

2.3 需求量上升

根據民航強國戰略的實施，民航十三五規劃的布局總覽，在運輸航空大力發展的勢頭下，通航產業也將迎來新一輪的發展期，逐步形成運輸航空與通用航空兩翼齊飛的蓬勃局面，根據Nygren等[4]預計在2026年之前航空業將以每年5%的速度增長，航空燃油需求則有近3%的增長率，航空燃料可能會出現短缺。航油消耗量的日益增長也是尋求可持續航空燃料代替品的現實需要。

3 可持續航空燃料代替品的發展與展望

3.1 可持續航油燃料代替品的分類

目前可持續航油燃料的重要研究方向集中在生物燃料上。生物燃料泛指由生物質組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，它在生產過程中吸收的二氧化碳與燃燒過程中排放的二氧化碳基本抵消，也即在全生命周期內的二氧化碳排放屬于循環狀態。按照生物燃料的生產原料，分為來源于可食用生物質資源（淀粉、糖類、可食用油脂）；來源于非可食用生物質資源（非食用油脂、木質纖維素）；來源于微藻，三類。[5]

3.2 生物燃料的發展現狀

以生物燃料替代傳統石油燃料在飛機上使用時，無需對飛機發動機作出結構設計上的改變，只需替換油品即可，因此在更換使用上具有一定的便捷性，根據實際操作，生物燃料在能源效能、駕駛、操控性等方面均不遜色于傳統石油燃料，因此從安全性和操作性上來說，使用生物燃料作替代是具有可行性的。

2011年10月28日，國航波音747-400進行國內首次航空生物柴油試驗飛行，歷經一小時平穩落地后標志著中國首次航空生物柴油客機飛行試飛成功。該飛機的2號郵箱中加注了13.1噸混合生物柴油，其余的1、3、4號郵箱分別加注了13.1噸傳統航煤，油箱為各自單一的發動機供油。并通過增大推力、減小推力、正常下降過程中，檢測是否有低燃油流量、低燃油警告或其它發動機警告狀態，檢測發動機工作狀態，據悉飛行狀況一切正常。

此外，根據“可持續航空燃料計劃”（ITAKA），以小桐子油、棕櫚油、餐飲廢油、微藻作為生物燃料的試飛計劃也在各國陸續開展。從試飛經驗上，為生物燃料進入商業運營的可靠性提供數據支撐。

3.3 生物燃料面臨的瓶頸問題

盡管生物燃料在實際試飛中表現出不俗的應用前景，但要形成產業鏈，不可避免地會遇到諸多瓶頸問題，諸如原材料的獲取，無論是以可食用生物質資源還是非可食用生物質資源為生物燃料的原料，如何安全高效并且具有經濟效益地獲取上游原料都是值得思索的問題。即便采用最新科技研發的微藻技術，盡管不需要占用耕地面積和淡水資源，避免“與人爭糧”的局面，但藻類的收割和干燥過程依舊十分昂貴。又如盡管生物燃料的使用無需改造發動機，但對于儲存、運輸油品的管罐系列設施設備卻還需進一步設計優化、在長期儲存中盡量減少腐蝕、微生物滋生等問題，保證航油的潔凈性。

此外，作為一門新興技術，能否順利推廣還涉及行業規章、社會治理、大眾認知度等多維度的問題。生物燃料符合民航業倡導綠色低碳飛行的指導思想，相信在未來將是航油新能源發展趨勢的重要方向。

參考文獻：

[1]徐惠喜.生物航油為航空業帶來新曙光[N].經濟日報，2009-08-27（15）.

[2]柴建，張鐘毓，李新，等.中國航空燃油消費分析及預測[J].管理評論，2016，28（1）：11-21.

[3]戴平，王峰云.航空活動對全球氣候影響研究綜述[J].科技風，2011（17）：15-16.

[4]Nygren E.Aleklett K.Hk M.Aviation Fuel and Future Oil Production Scenarios[J].Energy Policy，2009，37（10）：4003-4010.

[5]喬凱，傅杰，周峰，等.國內外生物航煤產業回顧與展望[J].生物工程學報，2016，32（10）：1309-1321.