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生物航油起步

来源:财经 2012-02-13 23:38

欧盟航空碳税箭已离弦。

2012年初始,美国航空公司、全美航空集团、达美航空公司和美国联合航空公司等四大航企按捺不住,决定对美国飞往欧盟的航班收取额外的每架次3美元(约18.9元人民币)的费用。德国汉莎航空公司也表示受欧盟的排放交易体系(ETS)影响将实行更高票价。

早在2009年12月,美国航空运输协会联合三家美国航空公司提起诉讼,称欧盟征收碳排放税违反国际法规,要求欧盟放弃于2012年将全球进出欧盟的航空公司纳入其排放交易体系。2011年12月21日,欧洲法院做出最终判决,美国败诉。

至此,虽遭遇多国强烈反对和质疑,欧盟坚持自1月1日起实施ETS,飞过欧洲上空的飞机将被强收“买路钱”。按照ETS规则,2012年各家航空公司需要为其碳排放的15%埋单,最后支付期限为2013年,届时将对不遵守该税法的航空公司进行罚款。

2月6日新华网报道,根据国务院授权,中国民用航空局于近日向各航空公司发出指令,未经政府有关部门批准,禁止中国境内各运输航空公司参与欧盟排放交易体系,禁止各运输航空公司以此为由提高运价或增加收费项目。中国航空运输协会副秘书长柴海波接受《财经》(博客,微博)记者采访时表示,“欧盟态度一贯强硬,中欧之间存在沟通渠道,但没有新进展。”

他认为,各航空公司若不执行欧盟规则,也不缴纳罚款,欧盟方面可能扣留飞机,但“很难想象这种局面会真正出现”。

汉莎航空公司在回复《财经》记者书面采访时表示,欧洲不可能升级与其重要合作伙伴的冲突,只有进一步谈判,才能带来解决方案。

然而,无论各国如何应对欧盟航空碳税问题,碳减排都将是最终出路。过去40年中,飞机的燃油消耗和二氧化碳排放已相对减少了70%。

燃油效率更高的飞机、空中交通管理系统的优化、生物燃油,被视为航空减排的三大关键点。其中,生物燃油成为航空业应对ETS以及气候变化的长期规划目标。2011年,全球多家航空公司进行了生物燃油试飞。

但是生物燃油成本高企、原料不足等问题难以绕行,尤其在中国,基础研究都处于空白状态。

 

 

美国领先生物燃油

其实,无论是传统燃油还是生物燃油,在飞行中所产生的碳排放量差异并不大,而生物燃油受青睐的原因在于,其原料在种植阶段吸收了大气中的二氧化碳,以整个生命周期的碳排放来计算,就大为降低。也就是说,生物燃油的最重要的减排作用发生在种植阶段。

从以往试飞数据看,对比航空煤油和以麻风树(又称小桐子)、藻类、盐生植物等为来源的生物燃油,在全生命周期中,硫和颗粒物的减排效果基本可以达到100%,碳排放可以减少60%-80%。因此,国际航空运输协会(IATA)也推荐以藻类和亚麻荠,或麻风树为原料生产的生物燃油,并预计其可使航空业每年减少0.7%的碳排放量。

IATA还乐观地将目标设定为:2017年10%的燃油由生物燃油替代。

2011年10月28日,国航的一架波音747-400大型飞机,在首都机场进行了中国首次航空生物燃油验证飞行。波音747-400共有四台发动机,试飞中仅有一台发动机使用生物燃油,其他三台发动机仍使用普通航空煤油。

此次验证飞行使用的生物燃油,是以麻风树为原料,使用时与普通航空煤油1∶1比例相混合。这批15吨航空生物燃油是基于霍尼韦尔环球油品公司(下称霍尼韦尔)工艺技术生产的,原料来自中石油在西南地区种植的麻风树油原料合作基地。

其中,中石油旗下的石油化工科学研究院负责麻风树原料油技术研发和生产组织落实;作为精炼技术开发商,霍尼韦尔提供技术,将麻风树原料油转换为航空生物燃油;中国航空油料集团公司(下称中航油)则将航空生物燃油与传统航空煤油按1∶1比例调和;而有多次生物燃油飞行经验的波音公司与航空发动机厂商美国普·惠公司(P&W)提供飞机及发动机技术支持。

国航这仅仅一小时的不载客试飞,由多家行业翘楚鼎力相助,其原因在于,将生物燃油用于民航,有多种苛刻严谨的约束条件。比如,航空器要求生物燃油性质须与现行航空煤油接近,并能混合使用;生物燃油必须经过充分测试研发,以保证其与航空发动机和相关材料兼容等。

此次试飞所用生物燃油获得了美国材料与实验协会(ASTM)批准,用于商业飞行,其所依据的是2011年7月1日,该协会发布的含合成烃类的航空涡轮机燃油标准规范。该标准的发布意味着生物燃油被允许在航空领域大展手脚。

从化学角度来说,只要是燃料油,其作为动力的原理,都是燃烧其有效的C(即含碳的烷烃基)成分,从而得到热动力,支持飞行。该标准认定,可再生燃油可与传统燃油相调和,因为这些来自植物油或动物油的可再生燃油组分,与喷气燃油的烃类相同。

去年7月发布的这一标准,还提供了商业飞行技术参考及依据,这是多家飞机制造商、发动机制造商以及相关公司机构通过大量试验及验证飞行制定出的,像其他领域一样,能够制定标准且被市场认同者,即为领先者。显然,美国在生物燃油研发领域遥遥领先。

向航空煤油看齐

波音公司向《财经》记者介绍,民用飞机上使用的生物燃油需要满足:单位重量和体积含有较高能量;在恶劣环境下,燃油性能也保持良好;达到飞机涡轮发动机的苛刻要求;达到所有航空安全方面的要求,使用时不需要对飞机及发动机进行改造。

这些要求,简单地归纳就是生物航油的成分必须与传统的航油没有大的区别,燃烧值亦接近。

与传统燃料的验证一样,生物燃油验证飞行之前,需检验其基本性质,检验数据包括层流火焰传播速度、可燃极限、烟粒生成等重要数据,这些数据必须与传统燃油接近。

生物燃油替代传统航油,最重要的是完成两方面任务:一是与设备的兼容性。如果生物燃油的溶解性质与传统燃油不配备,就有可能损害航油管路,使其溶解或腐蚀。一旦发生这种情况,将直接威胁安全飞行。

另外,使用生物燃油时,飞机的点火、熄火,以及油门加减情况要和使用传统航油至少接近。也就是说,要考虑保持飞行员的点火、熄火(即开车和停车)和加减油门过程中操作惯性。目前飞机试飞时,一般四台发动机中,只有一台发动机使用生物燃油与传统航油的混合物,就是为了保证安全性。

看上去简单的任务需经过一系列测试,且要包括发动机制造和飞机制造在内的多行业企业通力合作。

世界上首次商业飞机生物燃油试验飞行始于2009年1月7日,由美国大陆航空公司的一架波音737客机完成。波音公司的生物燃油合作伙伴正是霍尼韦尔。2011年7月,全球首个使用生物燃油的定期商业客运航班由空客公司与德国汉莎航空公司推出,汉莎航空公司在这方面一直雄心勃勃。空中客车A321飞机执飞,其使用的生物燃油皆由芬兰纳斯特石油公司(Neste Oil)提供。

《财经》记者了解到,由于中国所使用的民航客机多来自波音、空客两大制造商,由于国内缺乏航空燃油的基础数据,国内航空煤油标准是沿袭国际标准,而生物航油亦将依法炮制。

北京航空航天大学能源与动力工程学院教授林宇震正在进行航空生物燃油的燃烧室试验研究。他介绍,出于安全考虑,航空生物燃油的发展理念就是向航空煤油看齐,以便可以直接掺兑使用,而不需要更改航空软件和硬件。标准卡得非常严,哪怕做轻微改动,都需要漫长的设计测试工作。

国家发改委综合运输所研究员董焰透露,国务院成立了一个生物燃油专门项目组,国航试飞就是这一项目的第一行动。但多位接受《财经》记者采访的业内人士都无法说明,该项目的开始时间和未来发展的时序性计划。与美国相比,在航空生物燃油整体研发上,中国尚没有相关研究规划与政策。

 

原料难题

欧盟委员会、空客、汉莎等和生物燃油制造商德国科隆公司(Choren实业)、纳斯特石油公司、霍尼韦尔发起了一个名为“生物燃油航线”(Biofuel Flightpath)倡议行动,以支持和倡导生物燃油的生产、仓储和分销,致力于在航空业提高生物燃油的使用率并最终达到商业化,并设定了在2020年使可持续生产的生物燃油年产量和消耗量达到每年200万吨,以此来提高生物燃油的使用率,推动其商业化。

同时,在生物燃油的减排认证上,欧盟去年规定,凡在欧盟市场上销售的生物燃油,均需进行可持续性认证,要求生物燃油原料生产遵循生物、作物多样性及土地自然变化,要求认证系统进行燃油链生命周期评价与监督等。

汉莎航空公司就表示,生物燃油原料需要从可持续生物燃油圆桌会议(RSB)等认证计划中获得认证,这个圆桌会议是一个全球范围内由利益相关方参与的多边计划,一直在促进生物燃油的可持续发展。

与之前玉米、大豆等第一代生物燃油原料需要大面积耕地、且是粮食作物不同,新一代生物燃油原料不再与民争地。比如原料之一微藻,是一类无叶片及根系的简单光合植物,含有较高脂类,光合作用效率比树木高,且适应能力强,生长周期仅2天-5天,藻类在水中养殖过程就可以实现自动化。而麻风树也是一种含油量高且分布广泛的热带植物。

尽管如此,生物燃油仍面临着成本过高的难题。一般而言,成本过高是由于生产规模不大,而前期研发成本高昂所致。由于生物燃油还处于研发阶段,从原料收集、榨取油脂到加氢去氧提炼,都是小规模的摸索,各航空公司试飞的生物航油其实都是基于实验产品,市场需求尚未成型。

中航油新闻发言人马晓华亦告诉《财经》记者,生物航油批量生产尚不现实,国内还有很多技术上的瓶颈没有突破,国航试飞所用的生物航油只有初加工部分是在中国完成,后期的深度加工是合作的外方拿到美国去进行的。

据他透露,中石油、中石化都在努力,以期早日寻求解决方案,但他相信这条路还很漫长。

对未来原料供给,中石油一位工作人员表示不乐观,“能否批量生产,目前中石油没有相关战略规划,生产前景不明。”

中航油质量安全环保部总经理陈开彬分析,目前全世界都没有形成经济的批量生产,全球都在探讨中,主要是原料问题,目前可利用的生物品类虽不少,但收获物经筛选后,可利用的不多。

以煤和天然气作为原料获得的替代传统航空燃油,不符合碳减排趋势。地沟油,也是生物燃油的原料备选。2011年6月,荷兰皇家航空公司的一架波音737飞机使用了以地沟油提炼的航空燃油。当年11月该航空公司还曾到青岛联系地沟油采购事宜。

北京航空航天大学能源与动力工程学院教授杨晓奕就从事这方面的研究,她认为,地沟油利用主要是出于给它找到合适的出路,以避免其回到餐桌上。此前地沟油也被用于提炼生物柴油,但对比普通柴油没有价格优势,无法大规模开展,若能研发出更好的技术提炼成航空燃油,就可以价格优势开拓产业规模。

不过中国航空油料集团北美航油有限公司业务经理侯宇红认为,地沟油还存在来源不稳定的问题,因此不看好其前景。

波音公司正在与多国政府、企业及高校合作,寻求在各地建立航空生物燃油产业链的可行性。汉莎航空公司也在进行生物燃油的小规模生产,以及长期生产的优化方案研究。

不过,由于航空生物燃油在全球皆未能大规模产业化,汉莎航空公司已遭遇库存不足的尴尬。就在1月初,汉莎航空公司由于库存的生物燃油即将耗尽,决定终止试飞工作。

欧盟强硬推出的航空碳税,是否能促使航空生物燃油加速商业化呢?至少,现在有了一个动力。

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