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詹婷雯，鄧志彬
（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，四川廣漢618307）
摘要：隨著傳統(tǒng)航空油料消耗量的上漲，油價(jià)波動(dòng)對(duì)航空成本的影響日益顯著，飛行中產(chǎn)生的溫室氣體（GHG）也成為各國(guó)環(huán)保組織關(guān)注的問(wèn)題。尋求可持續(xù)航空燃料代替品從經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境保護(hù)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，文章綜述了可持續(xù)航空燃料代替品的發(fā)展現(xiàn)狀，從原料分類、試飛情況、瓶頸問(wèn)題等多個(gè)維度對(duì)生物燃料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行分析，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)提出展望與對(duì)策。
隨著航空業(yè)的蓬勃發(fā)展，航空油料的消耗量持續(xù)上漲，由此帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題不容忽視，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球航空運(yùn)輸業(yè)每年消耗15億~17億桶航空煤油，排放的二氧化碳高達(dá)6.23億t，約占全球總排放量的2%[1]。每桶原油價(jià)格增加1美元，全球航空運(yùn)輸業(yè)成本將增加16億美元。如何尋找到可持續(xù)的航空燃料代替品成為各國(guó)航空業(yè)尋求突破的問(wèn)題。
1傳統(tǒng)航空油料特性
傳統(tǒng)的航油料即專門為飛行器而設(shè)的燃油品種，分為航空汽油（Aviation Gasoline，Avgas）、航空煤油（Jetfuel）兩大類，其中航汽用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，航煤用于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。航空油料屬于石油類產(chǎn)品，由不同餾分的烴類化合物組成，主要組成元素為碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S），還有微量的金屬及其它的非金屬元素。
根據(jù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能需求，對(duì)航空油料的品質(zhì)具有嚴(yán)格要求，需滿足有良好的潔凈度、良好的低溫性、良好的燃燒性能、適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)性能、良好的熱氧化性、較小的起電性和著火危險(xiǎn)性、適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑性能、無(wú)腐蝕性。
2尋求可持續(xù)航空燃料代替品的必要性
2.1經(jīng)濟(jì)成本
航空油料是航空公司成本的重要組成部分，屬于可變成本，占營(yíng)業(yè)成本的30%左右。國(guó)際油價(jià)波動(dòng)將對(duì)航空公司的成本與收益造成很大影響，當(dāng)航油消費(fèi)處于上升趨勢(shì)時(shí)，公司還需通過(guò)提高航油利用效率、上調(diào)票價(jià)、簽訂航油套期保值合約、收取燃油附加費(fèi)等方式進(jìn)行調(diào)控。[2]
另一方面，因空域資源緊缺的現(xiàn)狀，我國(guó)航班的平均滑行時(shí)間高于世界平均水平，據(jù)悉，窄體機(jī)地面滑行3分鐘的油耗相當(dāng)于空中飛行1分鐘所耗航油量。以波音737-800客機(jī)為例，每滑行5分鐘需要消耗67千克燃油。每天中國(guó)民航航班量14400架次，如果每個(gè)航班多滑行5分鐘，總油耗量就超過(guò)960噸，經(jīng)濟(jì)成本巨大。因此，從經(jīng)濟(jì)成本的角度考慮，尋求可持續(xù)航空燃料代替品具有重要的現(xiàn)實(shí)必要性。
2.2環(huán)境保護(hù)
傳統(tǒng)航空油料在飛行活動(dòng)中將產(chǎn)生大量的碳足跡，對(duì)環(huán)境具有負(fù)外部性，航空活動(dòng)對(duì)環(huán)境的污染已受到各國(guó)的重視。1997年《京都議定書》提出，ICAO應(yīng)對(duì)“降低或限制全球航空活動(dòng)的CO2排放量”負(fù)責(zé)。中國(guó)民航局也積極成立了民航節(jié)能減排辦公室，推行《關(guān)于加快推進(jìn)行節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》等系列文件，提出要通過(guò)技術(shù)與管理創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)到2020年我國(guó)民航單位產(chǎn)出能耗和排放（收入噸公里能耗和收入噸公里CO2排放）比2005年下降22%。[3]
2.3需求量上升
根據(jù)民航強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，民航十三五規(guī)劃的布局總覽，在運(yùn)輸航空大力發(fā)展的勢(shì)頭下，通航產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)新一輪的發(fā)展期，逐步形成運(yùn)輸航空與通用航空兩翼齊飛的蓬勃局面，根據(jù)Nygren等[4]預(yù)計(jì)在2026年之前航空業(yè)將以每年5%的速度增長(zhǎng)，航空燃油需求則有近3%的增長(zhǎng)率，航空燃料可能會(huì)出現(xiàn)短缺。航油消耗量的日益增長(zhǎng)也是尋求可持續(xù)航空燃料代替品的現(xiàn)實(shí)需要。
3可持續(xù)航空燃料代替品的發(fā)展與展望
3.1可持續(xù)航油燃料代替品的分類
目前可持續(xù)航油燃料的重要研究方向集中在生物燃料上。生物燃料泛指由生物質(zhì)組成或萃取的固體、液體或氣體燃料，它在生產(chǎn)過(guò)程中吸收的二氧化碳與燃燒過(guò)程中排放的二氧化碳基本抵消，也即在全生命周期內(nèi)的二氧化碳排放屬于循環(huán)狀態(tài)。按照生物燃料的生產(chǎn)原料，分為來(lái)源于可食用生物質(zhì)資源（淀粉、糖類、可食用油脂）；來(lái)源于非可食用生物質(zhì)資源（非食用油脂、木質(zhì)纖維素）；來(lái)源于微藻，三類。[5]
3.2生物燃料的發(fā)展現(xiàn)狀
以生物燃料替代傳統(tǒng)石油燃料在飛機(jī)上使用時(shí)，無(wú)需對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)作出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改變，只需替換油品即可，因此在更換使用上具有一定的便捷性，根據(jù)實(shí)際操作，生物燃料在能源效能、駕駛、操控性等方面均不遜色于傳統(tǒng)石油燃料，因此從安全性和操作性上來(lái)說(shuō)，使用生物燃料作替代是具有可行性的。
2011年10月28日，國(guó)航波音747-400進(jìn)行國(guó)內(nèi)首次航空生物柴油試驗(yàn)飛行，歷經(jīng)一小時(shí)平穩(wěn)落地后標(biāo)志著中國(guó)首次航空生物柴油客機(jī)飛行試飛成功。該飛機(jī)的2號(hào)郵箱中加注了13.1噸混合生物柴油，其余的1、3、4號(hào)郵箱分別加注了13.1噸傳統(tǒng)航煤，油箱為各自單一的發(fā)動(dòng)機(jī)供油。并通過(guò)增大推力、減小推力、正常下降過(guò)程中，檢測(cè)是否有低燃油流量、低燃油警告或其它發(fā)動(dòng)機(jī)警告狀態(tài)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，據(jù)悉飛行狀況一切正常。
此外，根據(jù)“可持續(xù)航空燃料計(jì)劃”（ITAKA），以小桐子油、棕櫚油、餐飲廢油、微藻作為生物燃料的試飛計(jì)劃也在各國(guó)陸續(xù)開展。從試飛經(jīng)驗(yàn)上，為生物燃料進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。
3.3生物燃料面臨的瓶頸問(wèn)題
盡管生物燃料在實(shí)際試飛中表現(xiàn)出不俗的應(yīng)用前景，但要形成產(chǎn)業(yè)鏈，不可避免地會(huì)遇到諸多瓶頸問(wèn)題，諸如原材料的獲取，無(wú)論是以可食用生物質(zhì)資源還是非可食用生物質(zhì)資源為生物燃料的原料，如何安全高效并且具有經(jīng)濟(jì)效益地獲取上游原料都是值得思索的問(wèn)題。即便采用最新科技研發(fā)的微藻技術(shù)，盡管不需要占用耕地面積和淡水資源，避免“與人爭(zhēng)糧”的局面，但藻類的收割和干燥過(guò)程依舊十分昂貴。又如盡管生物燃料的使用無(wú)需改造發(fā)動(dòng)機(jī)，但對(duì)于儲(chǔ)存、運(yùn)輸油品的管罐系列設(shè)施設(shè)備卻還需進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化、在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中盡量減少腐蝕、微生物滋生等問(wèn)題，保證航油的潔凈性。
此外，作為一門新興技術(shù)，能否順利推廣還涉及行業(yè)規(guī)章、社會(huì)治理、大眾認(rèn)知度等多維度的問(wèn)題。生物燃料符合民航業(yè)倡導(dǎo)綠色低碳飛行的指導(dǎo)思想，相信在未來(lái)將是航油新能源發(fā)展趨勢(shì)的重要方向。
參考文獻(xiàn)：
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[2]柴建，張鐘毓，李新，等.中國(guó)航空燃油消費(fèi)分析及預(yù)測(cè)[J].管理評(píng)論，2016，28（1）：11-21.
[3]戴平，王峰云.航空活動(dòng)對(duì)全球氣候影響研究綜述[J].科技風(fēng)，2011（17）：15-16.
[4]Nygren E.Aleklett K.Hk M.Aviation Fuel and Future Oil Pro-duction Scenarios[J].Energy Policy，2009，37（10）：4003-4010.
[5]喬凱，傅杰，周峰，等.國(guó)內(nèi)外生物航煤產(chǎn)業(yè)回顧與展望[J].生物工程學(xué)報(bào)，2016，32（10）：1309-1321. |
