生物能源成新話題 航空正走進(jìn)生物燃料時代
2011-7-10 2:01:00 來源:網(wǎng)絡(luò) 編輯:56885 關(guān)注度:摘要:... ...
剛剛結(jié)束的巴黎航展突出了“創(chuàng)新與環(huán)保”的主題,航空生物燃料供應(yīng)商紛紛亮相。波音747-8貨機(jī)首次亮相國際航展就利用可再生航空燃油飛越大西洋抵達(dá)巴黎,完成了民用飛機(jī)首次利用生物衍生類燃油進(jìn)行跨大西洋飛行。 2011年6月,制定石油產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的美國材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(ASTM)暫時批準(zhǔn)了加氫處理的生物燃料在飛機(jī)中應(yīng)用,正式批準(zhǔn)將在7月生效。該規(guī)則為使用混合生物燃料給民用飛機(jī)提供動力掃清了制度上的障礙。
高企的燃油價格和環(huán)保要求使得航空公司不堪重負(fù)
由于中東局勢的動蕩,原油的價格再次突破100美元/桶大關(guān),國際航空運(yùn)輸協(xié)會(International Air Transport Association,IATA,簡稱“國際航協(xié)”)在6月下調(diào)了其之前對航空業(yè)盈利的預(yù)測,從之前的86億美元下調(diào)至40億美元,燃油成本占航空公司總成本的比例已經(jīng)接近40%,上漲的燃油價格成為了航空公司揮之不去的夢魘。
然而,更讓航空公司難受的,是日益苛刻的環(huán)保門檻。歐盟已經(jīng)將航空業(yè)納入了碳排放交易體系,從2012年起,所有進(jìn)出歐盟的航班都必須購買一定的碳配額。根據(jù)IATA的測算,歐盟碳排放交易將使航空公司成本每年增加35億美元,并且這一數(shù)字將會逐年遞增。
2010年10月國際民航組織(ICAO)第37次會議上,所有成員國承諾了一個框架性減排目標(biāo):到2020年全球燃油效率平均每年提高2%,從2021年到2050年爭取實(shí)現(xiàn)每年能效提高2%,到2050年航空業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和。碳中和的實(shí)現(xiàn)方式包括生物燃油、空管技術(shù)改進(jìn)、飛機(jī)和發(fā)動機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新等。
生物能源問題成為航空界共同關(guān)注的問題
航空替代燃料問題成為行業(yè)共同關(guān)注的問題,雖然也可以用煤和天然氣作為原料經(jīng)過費(fèi)托(FT)處理來獲得替代燃油,但由于煤和天然氣屬于不可再生資源,因此目前主要的替代能源是生物燃料。生物燃料必須來自有充足供給的原料,且不能與民爭食,目前已經(jīng)發(fā)展到第二代生物能源,國際上比較成熟的航空生物燃料主要從麻風(fēng)樹、亞麻薺、海藻和鹽生植物中提取,其中以亞麻為原料的種植、提煉、標(biāo)準(zhǔn)化工作最為成熟。根據(jù)生物質(zhì)能咨詢公司的研究,以亞麻為原料生產(chǎn)的航空生物燃料預(yù)計到2025年將接近10億加侖,創(chuàng)造25000個就業(yè)崗位,收入超過55億美元,為種植的農(nóng)民增收35億美元。根據(jù)波音公司的預(yù)測,預(yù)計到2040年,航空生物燃油的使用比例將占到50%。
航空生物燃料發(fā)展路徑預(yù)測
過去幾年,一些制造商使用各種混合生物燃料進(jìn)行了若干次成功的試飛,取得了大量進(jìn)展。各方對航空在短期到中期更多地使用有利環(huán)保的生物燃料寄予厚望,但要對生物燃料的環(huán)境影響進(jìn)行完全評估,需要對所有燃料的全壽命周期碳足跡定量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
2010年6月,美國聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration,簡稱“FAA”)宣布了可持續(xù)低能源、排放和噪聲(CLEEN)計劃,將開發(fā)和示范新技術(shù),包括可持續(xù)航空代用燃料。根據(jù)該計劃,目前對可持續(xù)航空代用燃料的投資為1800萬美元,包括業(yè)界分擔(dān)的成本。這些舉措包括燃油系統(tǒng)的兼容性、實(shí)驗(yàn)室、裝備、發(fā)動機(jī)和多種航空代用燃料的飛行測試。開發(fā)的數(shù)據(jù)將支持推動測試燃料的燃料合格審定及認(rèn)證。
軍事方面,美國軍方為了提高能源安全、增加國內(nèi)能源利用和減少環(huán)境污染問題,開始著手研制替代燃料。美國空軍和海軍是生物燃料的主要推動者,美國海軍計劃到2020年海軍所有飛機(jī)和船只所用燃料中生物燃料混摻率達(dá)到50%。2009年3月,美國海軍簽訂了購買4萬加侖從亞麻中提取的生物燃料JP-5(HRJ-5)的合同,用于海軍生物燃油的驗(yàn)證項目。海軍的關(guān)鍵戰(zhàn)斗機(jī)之一F/A-18已經(jīng)在2010年4月使用蓖麻燃油試飛成功。美國空軍對采用替代燃料極為感興趣,因?yàn)樗敲绹鴩鴥?nèi)最大的燃料消費(fèi)者,每年消耗航空煤油24億加侖(90.7億升)?哲姀2009年開始試用新型燃料,當(dāng)時撥款250萬美元用于為航空航天部門建設(shè)燃料研究中心(AFRF),以便對來自煤炭、生物和烴的燃料進(jìn)行研究。美國空軍對新型燃料的主要要求是價格。新型航空燃料的效能不應(yīng)低于現(xiàn)用的航空煤油,且價格應(yīng)低于后者。
2009年年底,美國15家航空公司與兩家代用燃料供應(yīng)商簽署了預(yù)購協(xié)議,為FT和HRJ燃料做出長期采購安排。2010年3月,美國航空公司和軍方航空燃油采購商形成戰(zhàn)略聯(lián)盟,以協(xié)調(diào)其進(jìn)程,并創(chuàng)建一個代用航空燃料采購的“單一市場”。這代表美國為加快發(fā)展和部署可持續(xù)代用燃料提供另一個“需求拉動”重要的一步,它們幾乎代表了美國市場所有的航空燃料采購商。
航空替代能源的標(biāo)準(zhǔn)
世界許多地區(qū)使用的兩種航空渦輪燃料規(guī)范,分別是美國材料與試驗(yàn)協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn) D1655和英國國防部發(fā)布的國防標(biāo)準(zhǔn)91-91。為了研究替代燃油,ASTM制定了D7566航空合成燃油標(biāo)準(zhǔn)文件。2009年9月,ASTM國際組織批準(zhǔn)了第一種替代航空噴氣燃料的規(guī)范。新規(guī)范(ASTM D7566)允許使用通過費(fèi)托工藝合成碳?xì)浠衔锶剂稀?011年6月批準(zhǔn)氫處理可再生航空燃料(HRJ)與石油航空燃料各占50%的生物燃料。
航空生物燃料必須經(jīng)過充分測試和開發(fā),以保證其與普通發(fā)動機(jī)和航空器材料兼容。燃料必須符合必要的規(guī)范特性,以滿足飛機(jī)、旋翼機(jī)或發(fā)動機(jī)的性能和耐久性要求。數(shù)據(jù)應(yīng)該滿足其與經(jīng)批準(zhǔn)用于發(fā)動機(jī)和航空器的其他燃料、潤滑油和添加劑之間的兼容性。燃料必須顯示出,在所有預(yù)期溫度條件下,它能與其他經(jīng)批準(zhǔn)的燃料或添加劑相混合;在限制運(yùn)行溫度條件下,它能夠保持其特性,防止燃料管道和過濾器堵塞。試驗(yàn)階段完畢后,美國材料與試驗(yàn)協(xié)會航空燃料分組委員會的發(fā)動機(jī)制造商代表要對研究報告進(jìn)行審議。
生物燃油目前面臨的挑戰(zhàn)
挑戰(zhàn)之一:航空生物燃料的成本和可提供性仍然是其被大規(guī)模采用的關(guān)鍵障礙。新的生物燃料的研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)施的建設(shè)需要巨大的資金投入。
挑戰(zhàn)之二:生物燃料的價格也阻礙其大范圍地應(yīng)用,目前航空生物燃料的價格大約是航油價格的兩倍,但隨著生物燃料技術(shù)的發(fā)展,預(yù)計價格將會出現(xiàn)大幅度的下降,而且由于航空燃油價格和碳配額價格的上升,生物燃料有望在20年內(nèi)比普通航油更加經(jīng)濟(jì)。
挑戰(zhàn)之三:與地面交通相比較,航空生物燃料的市場規(guī)模較小,而且生物燃料最初產(chǎn)出的是柴油,需要第二次分裂去碳才能產(chǎn)出HRJ,因此生產(chǎn)HRJ燃油的成本要高于生物柴油。
挑戰(zhàn)之四:生產(chǎn)生物燃油的原料供給問題,需要持續(xù)可靠的供給來源才能滿足需求。(本文作者為航空工業(yè)發(fā)展中心經(jīng)濟(jì)管理研究所工程師)