数年前,包括波音公司一些专家在内的不少业界人士认为,利用生物燃料替代传统航空燃料在技术上无法实现。随着技术的发展,短短数年间,航空生物燃料的发展已经取得了巨大进展。
自欧盟出台“航空碳税”政策以来,全球“碳战”不断升级。在此背景下,生物航油的价值日益凸现,而中国作为全球最具活力的航空市场更是成为各方争夺的焦点。
为了抢占先机,行业巨头波音与中国商飞携手合作,在杭州建立了中美航空生物燃料示范项目。按计划,该项目每年可以将18亿升(约5亿加仑)废弃食用油转化为航空生物燃料。
生物燃料前景诱人
航空生物燃料是以可再生资源为原料生产的航空煤油,与传统航油相比,可降低50%?80%的全寿命周期碳排放。欧美主要国家从2008年起陆续开展航空生物燃料的研发和试验飞行,2011年起开始进行商业飞行。截至目前,各国航空公司已经进行了1500多次使用生物燃料的载客飞行。
面对航空生物燃料的广阔前景,中国政府、企业和研发机构也在积极推进航空生物燃料的研制和利用。中国民航局曾明确提出,希望实现全行业能耗和二氧化碳排放增速低于行业发展速度,到2020年民航单位产出能耗和排放比2005年下降22%。而生物燃料则有望将排放量降低85%,未来如能满足航空适航审定标准,并进行大规模商业化生产,航空生物燃料的“钱景”无疑将十分诱人。
2011年10月,由中石油供应、从小桐子中提炼研制的航空生物燃料在我国首次试飞成功;2013年4月,中石化自主研发的1号生物航煤在商业客机上首次试飞成功,并于2014年2月通过中国民航局首个生物航煤技术标准适航审定,获得了商业化生产航空生物燃料的资质。我国也成为继美国、法国、芬兰之后第四个拥有生物航煤自主研发生产技术的国家。
有业内人士指出,中国成功研发航空生物燃料的意义在于:有望在未来对冲欧盟的碳税。曾于2012年闹得沸沸扬扬的欧盟强征“碳税”事件中,欧盟的相关法令规定,若一国采取了相应对等的碳减排措施,则可以从欧盟碳排放交易体系中得到豁免或兑换。
根据中航协统计,若中国航空公司被纳入欧盟碳排放交易体系,那么到2020年中国航空公司将额外承担高达30亿元人民币的运营成本。而根据欧盟的这条法令,我国航空生物燃料的积极研发和应用将成为未来与欧盟进行谈判时的有力武器。
然而,居高不下的成本却在一定程度上制约了航空生物燃料的发展。就中国目前的实际情况而言,如果航空公司使用生物燃料,其成本将至少是普通航油的3倍。这意味着航空公司每使用1吨生物燃料,就需要额外增加上万元的支出,这远高于加装小翼、换发等常规减排成本。
商飞波音跨界合作
虽然一直声称并不反对航空制造业出现“ABC”三足鼎立的局面,但是波音与中国商飞在此之前却从来没有过直接合作。这一次“碳战”的大背景却让两个同行走在了一起。
2012年初,双方签订协议共同成立波音-商飞航空节能减排技术中心,双方将与中国的高校和研究院所展开合作,具体涉及可持续航空生物燃料、航空通讯基础设施等领域。
如今,双方合作已经有了实质性进展。2013年8月,双方宣布其共同研发的“废弃油脂”(包括地沟油、食用油边角料、餐饮废油等)项目已开发出更加经济的转化途径,即将废弃油脂简单清洗后,先转化为一种中间化工品,在此过程中去掉杂质,提高产品纯度,然后基于这种中间品开发一系列后续转化方案。
目前,经这种途径生产出的航空生物燃料已通过第三方检测,技术可行性已被证实。在成本方面,采用这种新技术生产的生物燃油的成本也有所下降,为此波音和商飞还共同研发了新的生产工艺和催化剂。
目前,国际上航空生物航油转化中所用的油大多为麦当劳的废油,因为其废油成份相对单一且便于转化。国内两大石化巨头中石化、中石油都拥有将“地沟油”转化为生物航油的能力,其主要转换原理是通过加氢脱氧技术,在一定的工艺条件下完成从“地沟油”到生物航油的转换。
但波音与商飞在此项目上选择了一条新的路线,这是因为用原有的加氢脱氧技术生产生物航油的原料通常是比较干净、纯度高、杂质简单的棕榈油,或者是快餐店比如麦当劳炸薯条的废弃油脂,但是中国的地沟油成份复杂,不同批次差别极大,里面有各种香料、残渣等杂质,无法找到一个标准化的提纯方案。因此,新技术充分考虑到了这种复杂性,将地沟油简单清洗后,去掉杂质,转化为一种中间化工品再进行后续转化。
2013年10月,波音商飞合作建立的中美航空生物燃料示范项目在杭州正式投入运营,一条日产0.5吨航空生物燃料的示范生产线正式投入生产,以验证新转化途径的工业可行性,并综合评估项目的环保性、安全性、经济性等一系列工业指标。
如果项目能够顺利进入大批量生产,或将带来可观的经济收益。据国际民航组织预测,至2020年,中国民航飞机加油量将达4000万吨,生物航煤将达到航油总量的30%,即1200万吨。以每吨一万元来计算,意味着到2020年,中国民用航空生物航煤的市场总值将超过1200亿元。
但显然航空燃油的商业化之路依旧困难重重,其中最致命的则是其高昂的价格。目前,航空生物燃料的原料根据其化学成份主要可分为三大类:
第一类为动植物油脂,包括棕榈油、麻风树油、废弃动物脂肪、餐饮废油以及微藻油等,在中国年产量约500万吨。其能量密度高,化学成份与航油最接近,转化工艺也相对比较成熟,但缺点是原料价格较贵,总成本约是石化航油的3?40 倍。
第二类为糖和淀粉类,包括甘蔗糖、玉米淀粉、木薯淀粉以及制糖工业的废液等,在中国年产量约为1000万吨。目前,生物发酵产生的航油产品只能以10%的最高比例与石化航油混合,总成本大约是后者的3?10倍。
第三类为木质纤维素,包括各种农作物的秸秆、玉米芯、林业废弃木料、造纸厂废液等,在中国的年产量大约为7亿吨(中国目前一年消耗航油超过2000万吨)。虽然量非常大,但技术上有较大挑战性,前期设备投资巨大,成本是石化航油的10 倍以上。商飞波音所研发的这个项目,虽然能够通过新工艺降低成本,但是其价格依旧在传统航油价格的2倍左右,对于航空公司来说目前还很难接受。
除了成本,发展航空生物航油所需的原料也是一个大问题。换句话说,地沟油也不是那么容易就能得到的,其利益链条非常复杂,要想获得稳定的餐饮废油也非易事。
此前公开报道显示,目前在国内地沟油回收中存在着正规企业无油可收,无证的私人收油队恣意收购的乱象,为数众多的收油“游击队”靠抬高回收价格占据着大量回收市场。时常变动的地沟油价格和缺乏稳定持续的原料来源也成为发展航空生物航油的一大挑战。
未来,如果国家能够通过相应的法规保障原料来源,如地沟油强制性回收等,则有望进一步降低生产成本。