生物質燃料被認為是未來航空燃油的發展方向。

從今年開始，挪威的航空燃油供應商必須在所有航空燃料中添加0.5%的生物質燃料。挪威政府希望這一政策能夠促進供需，降低二氧化碳排放。

與此同時，北歐航空制定目標，預計到2030年，將用生物質燃料為占其總油耗17%的所有國內航班提供動力。

在全球節能減排的趨勢下，生物質燃料被認為是未來航空燃油的發展方向，甚至將對整個行業產生顛覆性的影響。然而，值得注意的是，航空生物燃料在歐美已經開始了商業化應用，但在我國卻仍舊處于研究試驗階段。我國航空生物燃料如何才能擺脫“紙上談兵”?

從第一代到第二代

“目前歐美使用的航空煤油原料多為豆油、廢油脂和植物油，叫第一代生物質燃料。我國現在研發的是以秸稈、木屑等農林廢棄物為原料的第二代技術。”在接受《中國科學報》采訪時，中國科學院大連化學物理研究所副研究員李廣億表示。

他指出，我國沒有大力發展第一代生物質燃料的關鍵不在于技術，而在于原料。

原來，基于我國地少人多的國情，為了不與糧“爭地”，不與人“爭食”，這些以糧食為原料的第一代生物質燃料并未獲得業界認同。

于是，我國科學家將目光投向了提煉技術比第一代更難的第二代生物質燃料，原料主要為速生林木材、麥秸、稻殼和其他木質纖維素。這些木材和秸稈可以持續不斷地生長，具有可再生性。

不過，無論是第一代還是第二代生物質燃料，都可以起到良好的減排效應。李廣億介紹，從原料本身來看，這些生物質是通過光合作用，將大氣中的二氧化碳固化到植物本身。其燃燒所釋放出的二氧化碳與其生長過程中從空氣中吸收的二氧化碳是相等的。

“如果我們用1噸的生物質燃料來替代掉1噸的原油，就可以避免這1噸的原油從地底下抽取出來，這樣的話，二氧化碳還封存在地底下。”李廣億說。同時，生物質燃料燃燒過程中也會造成更少的環境污染。“比如化石燃料在燃燒過程中可能會產生氧化硫、造成酸雨等，生物質燃料就不會出現這些情況。”

逃不了的量產“困局”

僅從減排角度來看，生物質燃料堪稱完美。然而，若將其大范圍投入商業運營，面臨的問題和挑戰也是多方面的。

中石化曾將成分與豆油等同的“地溝油”轉化為生物航空燃料開展試飛，雖然該原料不可食用，但卻存在收集成本高、量產不足等問題。

“以航空煤油的需求量來看，‘地溝油’的產量是遠遠不夠的。”在李廣億看來，這部分生物質燃料不僅面臨原料匱乏等問題，還遭遇高昂的采集成本。解決航空業減排的根本途徑雖然“破了題”，但想要實現量產應用依然阻礙重重。

據介紹，歐美發展的第一代生物質燃料，成本差不多約為沼氣等傳統生物質燃料的四倍。中國開發的第二代生物質燃料，成本與歐美類似，也為2~4倍。兩者應用研究并行發展，不過由于高昂的工藝成本，導致我國商業化應用舉步維艱。

李廣億介紹，每套航空生物燃料的制備工藝都需要預處理，每一步都需要催化劑、分離、提純等，成本高昂?？傮w來看，并沒有特別合適的簡潔、高效的轉化過程。

同時，對于一個成熟的航空生物燃料產業來說，絕對不會依賴于某一種生物質原料。需要運用多種原料和多種轉化工藝，才能滿足航空業對生物質燃料的巨大需求。

“現在合成的生物質燃料，不管是采用生物法還是化學法，它的組分都相對單一。但是我們現在的航空發動機是按照傳統的復雜組分燃料供應來設計的，那么單一組分的生物質燃料是否適合這種發動機?我們并不知道。”李廣億坦言。

高密度航空煤油帶來曙光

不過，生物質燃料在航空領域并非無法“安身立命”，也并不是全然沒有市場需求。如若稍作變通，便能柳暗花明。

李廣億介紹，中國科學院院士張濤、中國科學院大連化學物理研究所研究員李寧團隊現在采取了新的策略，著力于合成高密度的航空生物燃料。“合成特種燃料，即使量產較小，但是產品價值很高，這在無形中化解了成本高昂的問題，可以產生好的經濟效應。”

李寧告訴《中國科學報》，近年來他和團隊一直致力于木質纖維素生物質平臺分子轉化制備航空生物燃料方面的研究，并取得進展。

針對航空生物燃料存在的密度和體積熱值相對較低的問題，該團隊采用可以由廉價木質纖維素生物質通過化學方法獲得的環己酮和甲基苯甲醛作為原料，通過生物質基離子液體催化的羥醛縮合反應和羥醛縮合產物直接加氫脫氧過程，得到了兩種航空生物燃料范圍內的三環烷烴化合物。

李廣億告訴記者，JP-10是目前世界上應用最為廣泛的高密度單組分特種燃料。近期，他們團隊采用木質纖維素衍生物糠醇為原料，成功開發出高密度特種燃料JP-10的生物質合成路線。而且，經過初步的經濟性分析，該路線的成本比目前的石油基JP-10售價每噸低1500美元。

“與普通的航空煤油相比，高密度航空燃料的使用可以在不改變油箱體積的前提下有效地增加飛行器的航程、載荷、飛行速度，可為我國航空煤油的多元化供應提供技術儲備。”李寧對記者說。

李廣億透露，該團隊目前正在和化工企業展開合作，開展公斤級的高密度航空生物燃料制備工作。如今在實驗室階段的初步放大實驗已經完成，下一步將采用企業小試裝置，進行進一步放大工藝驗證和成本核算。

“我們希望和政府部門以及相關產業一起，促進并推動中國自己的航空生物燃料產業的建立。”李廣億說。