莊信萬(wàn)豐公司(Johnson Matthey)催化劑技術(shù)高級(jí)經(jīng)理Iain Gilmore和Virent公司總裁兼總法律顧問(wèn)David Kettner介紹了一項(xiàng)突破性的工藝,該工藝由Virent公司發(fā)明,并由Virent公司和莊信萬(wàn)豐公司共同開發(fā)用于商業(yè)化,它提供了在當(dāng)前航空飛機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施中使用100%可持續(xù)航空燃料(SAF)所缺失的組分:生物基芳烴。

SAF為減少航空部門的排放提供了最有前途的解決方案,它的使用不需要改變現(xiàn)有的飛機(jī)或機(jī)場(chǎng)加油基礎(chǔ)設(shè)施,但并不是所有的SAF都是相同的,由于混合比例的限制,許多方案只能減少少量的排放。目前,大多數(shù)SAF僅按一定比例混入石油基航空燃料使用,根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)定義的SAF性能,這個(gè)術(shù)語(yǔ)已經(jīng)成為各種混合物的總稱,但沒(méi)有一種是直加型100% SAF。政策框架和國(guó)際協(xié)議規(guī)定了一系列限定的碳強(qiáng)度或二氧化碳當(dāng)量,如果混合燃料的碳排放量低于該值,則可被稱為“SAF”。

SAF市場(chǎng)有許多機(jī)會(huì),但目前在提高SAF的使用比例、提高原料靈活性,以及提高生產(chǎn)能力等方面還面臨挑戰(zhàn)。

100%的SAF不能直接用于當(dāng)前的飛機(jī)和燃料加注基礎(chǔ)設(shè)施,除非在燃料中混入芳烴。在傳統(tǒng)燃料中含有芳烴,但在許多生物基燃料中沒(méi)有芳烴,如酯和脂肪酸加氫產(chǎn)品(HEFA)以及費(fèi)-托合成產(chǎn)品。為了確保SAF混合物是一種可直接使用的產(chǎn)品,航空燃料標(biāo)準(zhǔn)要求至少含有8%的芳烴。為了確保芳烴含量,目前的合成替代燃料只能以最高50%的比例與傳統(tǒng)航空燃料混合。這意味著傳統(tǒng)燃料將繼續(xù)大量使用,相關(guān)排放仍相對(duì)較高。這將無(wú)法使航空業(yè)在2030年或2050年達(dá)到任何國(guó)際航空減排目標(biāo)。

此外,SAF的標(biāo)準(zhǔn)不涉及原料(有幾種不同的原料),沒(méi)有考慮不同工藝路線及其供應(yīng)鏈的不同碳強(qiáng)度。在目前所有可用的替代品中,HEFA是目前廣泛生產(chǎn)的最便宜的烴類生物燃料,但它的原料來(lái)源有限,并且與生物柴油競(jìng)爭(zhēng)原料。原料的可用性對(duì)解決方案的整體部署有著巨大的影響,必須考慮到生產(chǎn)SAF的所有不同途徑。歸根結(jié)底,沒(méi)有任何一條途徑或原料能夠提供足夠的100% SAF燃料,來(lái)滿足全球航空業(yè)所需的航空燃料。

全球已經(jīng)有多次驗(yàn)證飛行和試飛采用與傳統(tǒng)燃料混合的SAF燃料。不過(guò),維珍航空公司(Virgin Atlantic)最近完成了首次跨大西洋飛行,兩臺(tái)引擎均使用100% SAF,通過(guò)BioForming糖制芳烴(S2A)技術(shù)生產(chǎn),該技術(shù)可從糖中生產(chǎn)BioForm合成芳烴煤油(SAK)。這種混合組分為現(xiàn)有飛機(jī)和基礎(chǔ)設(shè)施使用的噴氣燃料提供所需的芳烴。SAK和SAF的混合燃料是100%可持續(xù)的直加型燃料,并且與當(dāng)前的飛機(jī)引擎、加注系統(tǒng)和機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施兼容。

BioForming S2A技術(shù)生產(chǎn)的BioForm SAK可以與來(lái)自HEFA、F-T或醇制噴氣燃料(AtJ)等途徑生產(chǎn)的SAF混合,得到在功能上與傳統(tǒng)噴氣燃料沒(méi)有區(qū)別的100%生物基噴氣燃料。雖然維珍航空公司試飛時(shí)使用的燃料是從玉米中提取葡萄糖生產(chǎn)的SAK,但生物基芳烴可以使用多種植物糖來(lái)生產(chǎn),包括甜菜糖、甘蔗和玉米淀粉,以及從甘蔗渣、玉米秸稈、草、高粱和木材中生產(chǎn)的纖維素糖,其他可溶碳水化合物都有可能成為SAK的原料。原料清潔后進(jìn)入加氫過(guò)程使糖穩(wěn)定,通過(guò)加氫脫氧降低氧含量,然后發(fā)生酸縮合以生產(chǎn)芳烴混合物。由此產(chǎn)生的SAK具有更少的多環(huán)芳烴,這意味著直加型SAF燃燒時(shí)比傳統(tǒng)噴氣燃料更清潔,產(chǎn)生更低的顆粒物排放,并提高了燃油效率。BioForm SAK可以減少80%的顆粒物排放。

通過(guò)使用100% SAF,BioForm SAK為實(shí)現(xiàn)2030年和2050年的減排目標(biāo)提供了一條可行的途徑。它為噴氣燃料提供必要的芳烴,并可與一系列其他SAF混合,加快從傳統(tǒng)燃料向與現(xiàn)有航空技術(shù)兼容的可持續(xù)替代品的轉(zhuǎn)變。使用BioForm SAK的各種驗(yàn)證飛行也表明,SAK可以成為一種“標(biāo)準(zhǔn)劑”,以確保不同的SAF混合物可以在技術(shù)規(guī)格內(nèi),并符合航空性能標(biāo)準(zhǔn)。

隨著政府政策推動(dòng)SAF使用比例的增加,SAK可以為更快地提高SAF產(chǎn)量提供助力,使行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)其脫碳目標(biāo)。這意味著行業(yè)可以在不改變基礎(chǔ)設(shè)施或引擎技術(shù)的情況下向前發(fā)展。

除了生產(chǎn)航空燃料,BioFormate包含多種化合物,可用于不同行業(yè)制造各種最終產(chǎn)品,包括生物汽油和生物BTX(苯、甲苯和二甲苯),用于生產(chǎn)許多產(chǎn)品,包括藥品、聚合物、紡織品和涂料。因此,這一創(chuàng)新過(guò)程可以成為道路運(yùn)輸脫碳和生產(chǎn)當(dāng)今世界依賴的許多產(chǎn)品的重要組成部分。

[張偉清摘譯自Hydrocarbon Processing,2023-12-04]