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可持续航空燃料 (SAF)产业发展和技术解析

作者:   时间:2023-12-05   浏览次数:2851

上个月,在罗兰贝格发布的《深度洞见|小荷才露尖尖角:可持续航空燃料(SAF)在中国市场的推广之路》报告中显示,可持续航空燃料 (SAF) 对航空减排有重要意义,影响着全球航空业碳中和的发展历程。航空业是公认的“难减排”行业,但报告显示,可持续航空燃料 (SAF) 是可在近期降低航空旅行排放强度的商业利器。

实现航空业脱碳目标的方式有很多种,包括提升燃料利用效率、使用可持续航空燃料 (SAF)、进行碳抵消、使用电池和混合动力等新型动力系统及使用氢气等,其中,使用可持续航空燃料是未来30年的主要脱碳方法,也是能够直接应用于现有飞机的最直接的方式。据亚化咨询预计,2030年SAF全球市场规模将超过1800万吨,价值达数百亿美元。

可持续航空燃料 (SAF)是一种可直接使用的液体燃料替代品,与传统航空燃料相比,根据原料选择和生产工艺的差异,它最高可减少85%的碳排放量。可持续航空燃料具有“可持续性”的特征,包括原料不会影响粮食作物或供水,不会造成森林退化或土壤贫瘠以及可循环利用储存于生物质原料中的碳。目前,可持续航空燃料以林业剩余物、农业废弃物、废弃食用油脂和城市固体废弃物等资源为原料进行生产。

极有可能吸引行业关注和扩大规模的四种技术工艺

截至2023年4月,美国材料与试验协会已审批通过HEFA、ATJ和FT等9种技术工艺,减排潜力巨大且原料可长期无限量供应的 PtL工艺仍处于待批状态。

上图显示,生物基SAF的生产路线包括油脂加氢制SAF、生物基甲/乙醇制SAF、生物基合成气费托合成制SAF、直接空气捕碳结合电解氢合成SAF是全球范围内可行的技术路线。

四种技术路线中,HEFA 是目前唯一实现商业化运行的成熟路线,是通过动植物油脂加氢生成SAF。主要化学反应为:

● 液相反应

脱羧: R-COOH R-H+ CO2(g)

脱羰 R-COOH R'-H+ CO(g) + H20(g)

R-COOH+H2(g) R'-H+ CO(g) + H20(g)

加氢 R'-COOH+3H2(g) R-CH3 + 2H20(g)

R为不饱和直链烷基,R为饱和直链烷基

气相反应

甲烷化 CO2 + H2CH4 + 2H20

CO +3H2 CH4 + H20

水煤气变换 CO +H20H2 + CO2

但由于HEFA路线原料(地沟油)来源分散,收集和处理地沟油成本高,进一步扩产缺乏经济性,产能增长较为乏力。中石化对自主开发设计的生物航煤工艺进行细节披露,简要流程如下:

该工艺可以规模化实现将地沟油等餐余废油提炼产出生物航煤,在中国石化镇海炼化首次应用产出生物航煤,该装置年设计加工能力10万吨。一方面,HEFA法的原料种类很多(多数为餐饮废油、动植物油脂等),但含有硫、氯、金属元素以及大量脂肪酸类化合物杂质,这些都需要一一去除!另一方面,地沟油的含氧量太高,氧分子直接影响了炼化装置催化剂的活性和稳定性。

无独有偶,生物基乙醇法(ATJ)采购成本低,但乙醇本身占氧分子含量大,炼油过程中需要去掉氧分子。东庚的一系列分离技术将有效解决HEFA和ATJ 工艺上提纯的难题,助力SAF在产能上的突破,加快SAF的商业化进程。

《东庚精馏技术》

据云道资本分析:FT 和ATJ由于原料(农林废弃物、城市固体废物、工业废弃等)来源广泛、耗电量低,是近期SAF生产商的新宠,有望逐渐走出中试线进入商业化运营。

PtL 路线受制于昂贵的碳捕集技术和电解水制氢,商业化尚远,不过相对于传统航油,其减排效率最高、潜力巨大,后期假如政策发力,其将成为中长期最主要的技术路线。

总之,可持续航空燃料产量目前依然有限,无法保证终端用户始终能通过现有供应链网络获得SAF。

中国SAF生产潜力及发展进程

中国拥有充足的SAF原料供应,但需要创新型解决方案来建立技术工艺和扩大产能。

2022 年,全球SAF产量增加了两倍,达到约3亿升(24万吨),潜在 SAF 生产商的项目公告正在迅速增加。霍尼韦尔、埃克森美孚、壳牌、庄信万丰、中石化、道达尔、bp、Neste、KBR、雪佛龙、托普索、世界能源等国内外行业龙头正在全球范围内布局SAF产业链。

2023年11月14日, 国家电投与空中客车公司(以下简称“空中客车”)签署合作意向书,双方将在可持续航空燃料(以下简称“SAF燃料”)产业链及可再生能源供应等领域开展合作,共同为推动航空业可持续发展作出贡献。根据合作意向书,双方将在SAF燃料新技术、生产、认证及推广等全链条关键环节开展合作,构建符合国际标准、运转稳定畅通、具有可持续发展能力的SAF燃料产业链。

金联创数据统计,经过近一年的发展和产业规划,目前国内拟/在建SAF项目产能规模约为313.02万吨/年。

结语:

中国拥有充足的原料可供可持续航空燃料的使用,在可持续航空燃料领域有着巨大的可持续发展潜力。随着SAF需求的不断增长,其商业化进程不断加快,带动产业链上各项技术的不断发展,东庚愿与相关技术方共同推进SAF产业发展。

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