航空生物燃料陷入量產(chǎn)“困局”

生物質(zhì)燃料被認(rèn)為是未來(lái)航空燃油的發(fā)展方向。

　　從今年開(kāi)始，挪威的航空燃油供應(yīng)商必須在所有航空燃料中添加0.5%的生物質(zhì)燃料。挪威政府希望這一政策能夠促進(jìn)供需，降低二氧化碳排放。

　　與此同時(shí)，北歐航空制定目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2030年，將用生物質(zhì)燃料為占其總油耗17%的所有國(guó)內(nèi)航班提供動(dòng)力。

　　在全球節(jié)能減排的趨勢(shì)下，生物質(zhì)燃料被認(rèn)為是未來(lái)航空燃油的發(fā)展方向，甚至將對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的影響。然而，值得注意的是，航空生物燃料在歐美已經(jīng)開(kāi)始了商業(yè)化應(yīng)用，但在我國(guó)卻仍舊處于研究試驗(yàn)階段。我國(guó)航空生物燃料如何才能擺脫“紙上談兵”？

　　從第一代到第二代

　　“目前歐美使用的航空煤油原料多為豆油、廢油脂和植物油，叫第一代生物質(zhì)燃料。我國(guó)現(xiàn)在研發(fā)的是以秸稈、木屑等農(nóng)林廢棄物為原料的第二代技術(shù)。”在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副研究員李廣億表示。

　　他指出，我國(guó)沒(méi)有大力發(fā)展第一代生物質(zhì)燃料的關(guān)鍵不在于技術(shù)，而在于原料。

　　原來(lái)，基于我國(guó)地少人多的國(guó)情，為了不與糧“爭(zhēng)地”，不與人“爭(zhēng)食”，這些以糧食為原料的第一代生物質(zhì)燃料并未獲得業(yè)界認(rèn)同。

　　于是，我國(guó)科學(xué)家將目光投向了提煉技術(shù)比第一代更難的第二代生物質(zhì)燃料，原料主要為速生林木材、麥秸、稻殼和其他木質(zhì)纖維素。這些木材和秸稈可以持續(xù)不斷地生長(zhǎng)，具有可再生性。

　　不過(guò)，無(wú)論是第一代還是第二代生物質(zhì)燃料，都可以起到良好的減排效應(yīng)。李廣億介紹，從原料本身來(lái)看，這些生物質(zhì)是通過(guò)光合作用，將大氣中的二氧化碳固化到植物本身。其燃燒所釋放出的二氧化碳與其生長(zhǎng)過(guò)程中從空氣中吸收的二氧化碳是相等的。

　　“如果我們用1噸的生物質(zhì)燃料來(lái)替代掉1噸的原油，就可以避免這1噸的原油從地底下抽取出來(lái)，這樣的話，二氧化碳還封存在地底下。”李廣億說(shuō)。同時(shí)，生物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程中也會(huì)造成更少的環(huán)境污染。“比如化石燃料在燃燒過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生氧化硫、造成酸雨等，生物質(zhì)燃料就不會(huì)出現(xiàn)這些情況。”

　　逃不了的量產(chǎn)“困局”

　　僅從減排角度來(lái)看，生物質(zhì)燃料堪稱完美。然而，若將其大范圍投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)也是多方面的。

　　中石化曾將成分與豆油等同的“地溝油”轉(zhuǎn)化為生物航空燃料開(kāi)展試飛，雖然該原料不可食用，但卻存在收集成本高、量產(chǎn)不足等問(wèn)題。

　　“以航空煤油的需求量來(lái)看，‘地溝油’的產(chǎn)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”在李廣億看來(lái)，這部分生物質(zhì)燃料不僅面臨原料匱乏等問(wèn)題，還遭遇高昂的采集成本。解決航空業(yè)減排的根本途徑雖然“破了題”，但想要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用依然阻礙重重。

　　據(jù)介紹，歐美發(fā)展的第一代生物質(zhì)燃料，成本差不多約為沼氣等傳統(tǒng)生物質(zhì)燃料的四倍。中國(guó)開(kāi)發(fā)的第二代生物質(zhì)燃料，成本與歐美類似，也為2~4倍。兩者應(yīng)用研究并行發(fā)展，不過(guò)由于高昂的工藝成本，導(dǎo)致我國(guó)商業(yè)化應(yīng)用舉步維艱。

　　李廣億介紹，每套航空生物燃料的制備工藝都需要預(yù)處理，每一步都需要催化劑、分離、提純等，成本高昂?？傮w來(lái)看，并沒(méi)有特別合適的簡(jiǎn)潔、高效的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

　　同時(shí)，對(duì)于一個(gè)成熟的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，絕對(duì)不會(huì)依賴于某一種生物質(zhì)原料。需要運(yùn)用多種原料和多種轉(zhuǎn)化工藝，才能滿足航空業(yè)對(duì)生物質(zhì)燃料的巨大需求。

　　“現(xiàn)在合成的生物質(zhì)燃料，不管是采用生物法還是化學(xué)法，它的組分都相對(duì)單一。但是我們現(xiàn)在的航空發(fā)動(dòng)機(jī)是按照傳統(tǒng)的復(fù)雜組分燃料供應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)的，那么單一組分的生物質(zhì)燃料是否適合這種發(fā)動(dòng)機(jī)？我們并不知道。”李廣億坦言。

　　高密度航空煤油帶來(lái)曙光

　　不過(guò)，生物質(zhì)燃料在航空領(lǐng)域并非無(wú)法“安身立命”，也并不是全然沒(méi)有市場(chǎng)需求。如若稍作變通，便能柳暗花明。

　　李廣億介紹，中國(guó)科學(xué)院院士張濤、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李寧團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在采取了新的策略，著力于合成高密度的航空生物燃料。“合成特種燃料，即使量產(chǎn)較小，但是產(chǎn)品價(jià)值很高，這在無(wú)形中化解了成本高昂的問(wèn)題，可以產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。”

　　李寧告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，近年來(lái)他和團(tuán)隊(duì)一直致力于木質(zhì)纖維素生物質(zhì)平臺(tái)分子轉(zhuǎn)化制備航空生物燃料方面的研究，并取得進(jìn)展。

　　針對(duì)航空生物燃料存在的密度和體積熱值相對(duì)較低的問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)采用可以由廉價(jià)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)通過(guò)化學(xué)方法獲得的環(huán)己酮和甲基苯甲醛作為原料，通過(guò)生物質(zhì)基離子液體催化的羥醛縮合反應(yīng)和羥醛縮合產(chǎn)物直接加氫脫氧過(guò)程，得到了兩種航空生物燃料范圍內(nèi)的三環(huán)烷烴化合物。

　　李廣億告訴記者，JP-10是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的高密度單組分特種燃料。近期，他們團(tuán)隊(duì)采用木質(zhì)纖維素衍生物糠醇為原料，成功開(kāi)發(fā)出高密度特種燃料JP-10的生物質(zhì)合成路線。而且，經(jīng)過(guò)初步的經(jīng)濟(jì)性分析，該路線的成本比目前的石油基JP-10售價(jià)每噸低1500美元。

　　“與普通的航空煤油相比，高密度航空燃料的使用可以在不改變油箱體積的前提下有效地增加飛行器的航程、載荷、飛行速度，可為我國(guó)航空煤油的多元化供應(yīng)提供技術(shù)儲(chǔ)備。”李寧對(duì)記者說(shuō)。

　　李廣億透露，該團(tuán)隊(duì)目前正在和化工企業(yè)展開(kāi)合作，開(kāi)展公斤級(jí)的高密度航空生物燃料制備工作。如今在實(shí)驗(yàn)室階段的初步放大實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完成，下一步將采用企業(yè)小試裝置，進(jìn)行進(jìn)一步放大工藝驗(yàn)證和成本核算。

　　“我們希望和政府部門以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)一起，促進(jìn)并推動(dòng)中國(guó)自己的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的建立。”李廣億說(shuō)。（■本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 程唯珈）