面臨能源危機與環(huán)境壓力雙重挑戰(zhàn)的全球航空業(yè)，除了多年來一直努力提高運營效率之外，民機制造商與航空公司也開始不遺余力地投入到開發(fā)傳統(tǒng)航空化石燃料的替代能源，即航空生物燃料的研究中。他們試圖通過這個方式從日益沉重的燃油成本和減排負擔中解脫出來。
   
    事實上，自2005年起，業(yè)界對航空生物燃料的開發(fā)與研究歷經(jīng)近10年。在這10年中，相關的研究不斷取得進展。自航空生物燃料于2011年被批準以來，各國航空公司已經(jīng)進行了1500多次使用這種燃料的載客飛行，證明了它在技術上的可行性。
   
    沒有人懷疑它將是未來航空業(yè)的發(fā)展方向，甚至將對整個行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的影響。然而，值得注意的是，時至今日，航空生物燃料仍舊處于研究試驗階段，并沒有真正實現(xiàn)商業(yè)化的規(guī)模生產(chǎn)。
   
    生物質(zhì)“變身”航空燃料
   
    在生物燃料前面加上“航空”二字，便意味著其標準更為苛刻。“因為相較于普通的生物燃料，航空發(fā)動機對航油的性能要求更高，所以航空生物燃料的硫化指標和技術參數(shù)的標準也相應較高”。中國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長馬隆龍表示，生物原料在轉(zhuǎn)化為航空燃料之后，其化學成分要與傳統(tǒng)航空燃料完全一致才可以使用。
   
    據(jù)了解，目前航空生物燃料的主要原料是生物質(zhì)。根據(jù)化學成分，可分為三大類。第一大類為動植物油脂，包括棕櫚油、麻風樹油、廢棄動物脂肪、餐飲廢油以及微藻油等。第二大類為糖和淀粉，包括甘蔗糖、玉米淀粉、木薯淀粉以及制糖工業(yè)的廢液等。第三大類則為木質(zhì)纖維素，包括各種農(nóng)作物的秸稈、玉米芯、林業(yè)廢棄木料、造紙廠廢液等。
   
    其中，第一類和第三類原料也被稱為第二代生物燃料，其從非農(nóng)作物中提取燃油的方式也逐漸取代了第一代生物燃料從玉米、大豆等農(nóng)作物中提取燃油、“與糧爭地”的發(fā)展方式。
   
    上述三類生物原料在產(chǎn)量、轉(zhuǎn)化工藝、價格等方面各有優(yōu)劣。其中，目前的大部分航空生物燃料都是從油脂類原料轉(zhuǎn)化而來的。據(jù)馬隆龍介紹，因為動植物油脂作為航空生物燃料的原料，能量密度最大，其化學成分與航油最為接近，轉(zhuǎn)化的工藝也相對比較成熟。
   
    “但是這類原料的價格也比較昂貴，為目前石化航油的1倍~25倍。再加上轉(zhuǎn)化中的損失和生產(chǎn)成本，目前由動植物油脂生產(chǎn)的航空生物燃料成本是石化航油的3倍~10倍”。馬隆龍解釋說，盡管生產(chǎn)工藝相對成熟，但是高昂的成本使其很難在短期內(nèi)進行工業(yè)化量產(chǎn)。
   
    經(jīng)過10年的經(jīng)驗積累，生產(chǎn)滿足標準的航空生物燃料，在技術上已經(jīng)不難實現(xiàn)。但是，從生物質(zhì)到航空燃料的轉(zhuǎn)化，在現(xiàn)階段仍是一個極具挑戰(zhàn)的過程。“種類眾多的生物質(zhì)，和航油成分的巨大差異，以及航油產(chǎn)品的嚴格標準是航空生物燃料研發(fā)的主要難點”。
   
    探索本土化的解決方案
   
    中國也于2009年參與到了航空生物燃料的研究中來。2011年10月，中國國航使用一架現(xiàn)役波音747-400客機加載生物燃料與傳統(tǒng)航空煤油混合的燃料（比例為11）執(zhí)行飛行并取得成功。這是國內(nèi)首次航空生物燃料驗證飛行。
   
    那一次飛行使用的生物原料是麻風樹。而近日，波音公司與中國商飛合作的研究機構(gòu)則在“廢棄油脂”項目上取得突破，開發(fā)了一條比傳統(tǒng)油脂直接加氫脫氧更為經(jīng)濟的轉(zhuǎn)化途徑。
   
    這個項目旨在探索使用廢棄油脂（包括地溝油、食用油邊角料、餐飲廢油等）提煉可持續(xù)航空生物燃料的機會。波音中國技術與研發(fā)副總裁伍東揚表示，波音在全球范圍內(nèi)一直進行著生物燃料方面的研發(fā)合作，即根據(jù)不同地域的特點，原料涉及麻風樹、海藻、沙漠植物、煙草、地溝油等。
   
    “首先，航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須立足于本土化。也就是說，我們要充分利用當?shù)睾线m的生物質(zhì)資源來煉制生物航油”。伍東揚表示，只有這樣才可以有效降低航空生物燃料全生命周期的能耗和碳排放，實現(xiàn)真正的可持續(xù)目的。
   
    作為未來最大的民航市場，中國自然成為了波音的合作伙伴之一。“我們同樣需要解決中國特有的原料和加工工藝所面臨的技術問題”。
   
    地溝油就是答案之一。這聽上去有點不可思議，但是作為一種極具“中國特色”的生物原料，在人們還在擔心其是否會重回飯桌的時候，它卻被證實了還有另一種可能性。易于得到且價格低廉的特點，使其作為航空生物燃料原料具有了某些先天優(yōu)勢。
   
    “很多生物原料的成本太高，我們希望能在中國找到一個高效的、低成本的解決方案，地溝油恰好具有這樣的特點”。中國商飛—波音航空節(jié)能減排技術中心資深研究員胡忠民表示，目前中國商飛—波音航空節(jié)能減排技術中心在地溝油項目上已經(jīng)取得了階段性突破。
   
    綜合考慮了現(xiàn)有工藝以及中國地溝油的特點，他們開發(fā)了一條全新的轉(zhuǎn)化途徑。“中國的地溝油，成分復雜，不同批次差別極大，里面含有各種香料，殘渣等雜質(zhì)，沒有辦法找到一個標準化的提純方案”。因此，采用一種有別于過去的轉(zhuǎn)化工藝成為了必然。
   
    胡忠民表示，他們將地溝油簡單清洗后，轉(zhuǎn)化為一種中間化工品，在此過程中去掉了雜質(zhì)，提高了產(chǎn)品純度。然后，基于這種中間品又開發(fā)了一系列后續(xù)的轉(zhuǎn)化方案。“實驗室測試階段結(jié)果表明，這條途徑的原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品獲得率都接近理論上限”。
   
    據(jù)了解，胡忠民所在的中國商飛—波音航空節(jié)能減排技術中心正在籌建“中試車間”。
   
    商業(yè)化量產(chǎn)仍在路上
   
    “我們希望不僅能夠攻克技術上的難關，更重要的是未來可以使其經(jīng)濟效益得以體現(xiàn)”。胡忠民說，初步估算，地溝油通過新工藝得到的航空生物燃料產(chǎn)品的成本僅為石化航油的2倍。“這給后續(xù)進一步降低成本，提高商業(yè)化的可行性，提供了很好的起點”。
   
    10年過去了，業(yè)界逐漸看到了航空生物燃料走出實驗室，實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的可能。“保證研發(fā)成果具有良好的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)前景，是我們在項目進行之初就確定的目標”。伍東揚表示，如何進一步降低航空生物燃料的成本，為航空公司提供可持續(xù)性的、有經(jīng)濟效益的燃油，對于航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的建立是非常重要的。
   
    研究機構(gòu)非常清楚，對于一個成熟的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)來說，絕對不會依賴于某一種生物質(zhì)原料。“一定是要運用多種原料和多種轉(zhuǎn)化工藝，才能滿足航空業(yè)對生物燃料的巨大需求。”伍東揚說，“我們不會放棄任何一種可用的原料。除了油脂類原料外，我們試圖廣泛利用來源更多且更為廉價的原料。”
   
    此外，針對現(xiàn)有的生物質(zhì)原料，目前一共有8條主要的轉(zhuǎn)化途徑。其中，有3條獲得了ASTM（美國材料與試驗協(xié)會）的審批，有了產(chǎn)品標準，但是轉(zhuǎn)化成本還需要進一步降低才能實現(xiàn)商業(yè)化。
   
    據(jù)了解，從理論上說，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為航油的過程最關鍵的一步就是“加氫脫氧”，這直接影響著生物燃料的成本。但是，目前用于“加氫脫氧”的催化劑，主要來自于石化行業(yè)，并不是為了轉(zhuǎn)化生物質(zhì)而設計的。“這在使用上就會產(chǎn)生一系列的問題，造成產(chǎn)品的污染、設備的損耗，并導致成本增加”。馬隆龍指出了當前航空生物燃料轉(zhuǎn)化工藝中存在的最大難題。因此，中國商飛—波音航空節(jié)能減排技術中心的一個重點研究項目就是，通過創(chuàng)新來克服苛刻的反應條件，并開發(fā)新型的催化劑，以達到提高產(chǎn)品產(chǎn)量、降低成本的目的。
   
    “當然，我們也希望和政府部門以及相關的產(chǎn)業(yè)一起，促進和推動中國自己的航空生物燃料產(chǎn)業(yè)的建立”。胡忠民建議，比如稅收方面給予一定的優(yōu)惠，或者在原料來源上進行強制回收等。