飞机是气候杀手——这是一个痛苦却不争的事实，空中飞行是人类碳排放最严重的活动之一。为了减少航空业的碳排放，全球政府和航空行业正再一次试图将农场废料和厨余垃圾转变为航空燃料。
全球资讯公司Markets and Markets的数据显示，到2030年，全球可再生航空燃料(SAFs)的市场规模将可能达到近157亿美元。
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一次从纽约到伦敦往返的飞机旅行，每位乘客会排放近1000公斤二氧化碳，这个数字超过了布隆迪、尼加拉瓜等其它47个国家平均每人一年的二氧化碳排放量。每年，全球的飞机会排放约9.2亿吨二氧化碳，约占全球温室气体排放量的3.5%。
位于美国的一家可再生航空燃料公司Alder Fuels的首席技术官Derek Vardon，希望一种神奇的液体能够改变这种现状。这种淡黄色、带有恶臭的液体来自腐烂的食物垃圾(例如鸡肉和希腊沙拉)，是其中挥发性脂肪酸(VFA)的短链分子集合。Vardon与其同事将挥发性的短链脂肪酸蒸发，利用氧化锆颗粒将其编织成更长的脂肪酸链，即酮。酮再由铂颗粒连接在一起并被剥离掉氧原子，最终成为煤油，即喷气燃料。
Vardon认为，这种将食物以及其它不同形式的生物质废料转化为燃料的工序，代表了航空业的未来，其也为航空业减少温室气体排放提供了最大的希望。据Vardon介绍，这种方式生产的航空燃料成本几乎与产自石油的燃料相当。而由于它所含的碳来自植物，植物能够从大气中固定碳，因此可再生航空燃料碳的净排放量只相当于化石燃料排放量的一小部分。
2021年秋天，美国联合航空公司承诺从Alder公司购买57亿升可再生航空燃料，这是当时航空行业类似交易中规模最大的一笔。
Alder并不是全球唯一一家生产可再生航空燃料的公司。近年来，在美国、中国、日本、新加坡、印度、芬兰、瑞典、奥地利和加拿大等国，成立了十余家类似的生产可再生航空燃料的公司。
十多年前，全球有几家公司试图将农业废弃物转化为车辆燃料，却惨遭失败。时过境迁，如今这些可再生航空燃料公司成功的可能性更大，部分原因是这些公司正在尝试多种路径，部分原因是航空公司急于寻找减少碳足迹的方法，几乎没有其它选择。汽车可以装载电池，但飞机却需要液体燃料，因为液体燃料在给定的体积下能够储存更多的能量。
“驾着电池供能的飞机从美国飞往澳大利亚，可能短时间内没人做得到。”Aemetis的首席执行官Eric McAfee说，Aemetis是一家将木材废料和厨房油脂转化为可再生航空燃料的公司。
转变已经开始。除美联航外，全球十几家航空公司已承诺在未来几年内共同购买约210亿升可再生航空燃料。2008年，可再生航空燃料首次与化石燃料衍生的煤油混合用于航空公司的航班。2021年12月，美联航从芝加哥飞往华盛顿特区的航班成为第一架100%使用可再生航空燃料的客运航班。
纤维素乙醇的前车之鉴
几乎每个美国的汽车司机都向他们的油箱中注入过一些可再生燃料。在美国，这是由玉米颗粒制成的乙醇。目前美国每年生产约590亿升玉米乙醇，但种植和收获玉米需要大量化肥和其他能源密集型的投入，这使得其气候效益微不足道。
由玉米秸秆、森林腐殖质和其它废碳制成的“纤维素乙醇”( Cellulosic ethanol)本应改变这种状况。农场和森林废物含量丰富且价格低廉，企业使用微生物酶将其转化为糖，利用酵母发酵糖，其后就能够获得燃料。它们的气候效应同样令人信服。与等量的化石燃料相比，玉米乙醇的二氧化碳排放量能减少20%至40%； 由废弃生物质制成的乙醇可减少90% 二氧化碳的排放。
美国国会在2005年制定了可再生燃料标准，以开发乙醇和其他车辆可再生燃料市场，在此之后，这个领域已有数十亿美元投入。但根据美国环境保护署(EPA)的数据，2021年美国全国生产的纤维素乙醇不到100万升。
2014年，一家名为Project Liberty的工厂在美国爱荷华州埃米茨堡(Emmetsburg)创建，其耗资2.75亿美元，主营业务是将腐烂的玉米秸秆和玉米棒在内的农场废物转化为乙醇，以混合汽油使用。工厂的技术研发取得了成功，但工厂却于2020年倒闭，2021年，Project Liberty的所有者转向生产洗手液。
行业的案例显示，大规模制造纤维素乙醇目前尚缺乏具有可行性的方法。大多数生物质废料含有大量的水，用卡车将它们运到加工厂成本高企；玉米的收获期每年只持续约1个月，秸秆和其它废料必须在一年内剩余的时间里储存，以提供给生物工厂，这将进一步推高成本；微生物酶的价格不便宜；玉米秸秆和其它木质生物质经常会堵塞研磨机器。“化学工业建立在处理液体和气体的基础上，”美国密歇根州立大学的生物燃料工程师Bruce Dale说，“相较之下固体材料更难。”
多管齐下希望避免重蹈覆辙
2021年10月，拜登政府野心勃勃地勾画了一幅新蓝图，即到2030年，美国每年生产114亿升可再生航空燃料，到2050年，可再生航空燃料100%满足航空业的燃料需求，预计届时产量将达到约1600亿升。
为实现这个目标，美国能源部生物能源技术办公室(BETO)宣布为22个项目拨款近6500万美元，跟纤维素乙醇的“一条腿走路”不同，新的方案希望多管齐下，开发多样化的全新可再生燃料技术。
Aemetis公司正在北加州一个杏仁果园里建造一个大型化学设施。杏仁种植者通常每15至25年轮换一次树木，这使得果园每年会产生超过200万吨的农业废料。此前农场主会直接将这些废料焚烧，但考虑到该地区的空气质量，这样的做法正在逐步淘汰。Aemetis现在已经跟果园签订合约，以每吨20美元的价格购买这些废物，并将使用一种“气化”的高温工艺从中提取氢气。 公司首席执行官Eric McAfe说，该过程产生的二氧化碳将被捕获并封存在地下。
公司将使用这些氢气对植物油和动物脂肪进行化学处理。这种“加氢处理”将油分子(通常是具有三个或更多分支的碳氢化合物)分解成只有一个分支的链。接着通过“加氢异构化”的下一步反应，将这些链重新排列成构成标准喷气燃料(Jet A)的碳氢化合物。
可再生航空燃料的其他工艺路线也在喷薄而出。一家名为LanzaJet的公司正在将城市垃圾、木材废料和废工业气体转化为乙醇，然后将其升级为喷气燃料。公司首先从乙醇中剥离水分子，将其转化为乙烯。然后将多个乙烯分子链接在一起，制成烯烃这种短碳氢化合物。烯烃通过与氢气的进一步反应转化为一系列碳氢化合物，包括煤油，最后再精炼成航空燃料。
美国科罗拉多州的Gevo公司正在将玉米秸秆和其它农业废物转化为异丁醇，然后将其升级为航空燃料。加拿大的Enerkem公司正在与壳牌公司合作，利用热量和蒸汽将城市垃圾和其它原料转化为合成气——氢气和二氧化碳的混合物，然后将其净化并转化为可再生航空燃料。
目前，所有这些技术路线都已经过测试，并被美国测试和材料协会(负责航空燃料混合物的标准机构)批准用于制造，从而混合到标准喷气燃料中。工程师们表示，原料多样性的好处之一，是能够使得公司利用到当地成本最低廉的废料。
原料的多样性也有助于提高燃料总体产量，从而满足航空公司的需求。Derek Vardon预计，湿废料，包括食物残渣，每年可以转化为150亿升的可再生航空燃料；用氢气处理脂肪、油和油脂则可再生产190亿升；将城市垃圾和农场垃圾转化可能还会增加数十亿升。可再生航空燃料市场看上去如此之大，“从废碳中生产化学品和燃料需要在经济和技术上都具有可行性，”LanzaTech公司负责政府关系的副总裁、化学家劳雷尔·哈蒙(Laurel Harmon)说。
尽管如此，价格仍然是一个问题。根据联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change)的数据，目前，可再生航空燃料的价格是石油衍生煤油的三倍，技术和规模化生产只能使价格下降到这种程度。NREL公司的生物质实验室项目经理Zia Abdullah指出，将固体转化为燃料比用液态石油需要更多的处理和加工程序，“这使得可再生航空燃料与化石航空燃料相比，不具备同样的成本竞争力。”Zia Abdullah说。
另一方面，虽然航空公司做出了气候承诺，但它们可能不愿意接受清洁燃料所带来的附加费用，因为燃料目前占据航空成本的30%左右。不过，包括全球290家航空公司在内的国际航空运输协会(International Air Transport Association)已承诺采用可再生航空燃料，以实现到2050年使航空业实现净零碳排放的承诺。不过，为了避免可再生航空燃料像之前的纤维素乙醇那样凋亡，产业或许需要政府介入，美联航首席可持续发展官Lauren Riley说。
激励政策和补贴措施在路上
2021年7月，欧盟委员会提出了一项提案，要求燃料供应商将可再生航空燃料混合到喷气燃料中，这一比例要从2025年的2%上升到2050年的63%。2022年，欧盟可能会对该提案进行最终投票。不过由十几家飞机制造商，机场和燃料供应商组成的一个航空联盟认为，仅靠指令远远不够，可再生航空燃料市场还需要政府的激励措施才能蓬勃发展。
美国已经在对激励措施进行探索。加州已有13年历史的低碳燃料标准(LCFS)体系，正使用信用交易机制对燃料供应商进行补贴：即与化石燃料的基准排放量相比，燃料供应商每减少一吨二氧化碳的排放，就能够被支付150美元。(基准燃料的排放量每年降低一次，使碳减排标准随着时间的推移更加严格。)业内人士说，LCFS已经对可再生燃料生产商产生了重大的推动作用。
更多的变化还可能会在全美范围内发生。2021年，美国众议院议员提出了两项支持可再生航空燃料的法案。其中一项是，燃料供应商在航空燃料中混入每加仑可再生航空燃料，只要与化石燃料相比，温室气体排放量减少50%，就能享受1.50美元税收抵免。另一项法案，则将拨款10亿美元用于支持可再生航空燃料工厂建设，并要求美国环境保护署(EPA)为航空燃料市场创建一个类似加州的低碳燃料标准(LCFS)的国家计划。目前两项法案已在参议院得到了推进，但却在国会停滞不前。
业内人士表示，未来可再生航空燃料产业能否成功，将取决于化学工艺、物流和政府政策的结合和配合，这不仅关系到投资者的资金，还关系到航空行业的前景，而对需要进一步防止灾难性气候变化的地球而言，其重要性也不言而喻。
（文章来源：澎湃新闻）
