关于可持续航空燃料的所有疑问，我们来解答

目前，航空业约占全球碳排放量的 3%——每年约 9000 亿吨二氧化碳。随着越来越多的人选择乘飞机出行，这一总量预计还会增加。

为了减少与飞行相关的排放量增长，航空公司正在寻求一种新型液体推进剂，即可持续航空燃料 (SAF)。这些 SAF 与喷气燃料非常相似，可以替代喷气燃料，但采用可再生能源制成。它们正在慢慢流行起来。美国联邦航空管理局已宣布一项计划，到 2030 年，SAF 产量将达到 30 亿加仑。

其他旨在实现航空脱碳的技术即将问世，但 SAF 可能具有独特的优势，能够迅速减少大部分航班的排放。由电池供电的电动飞机正在开发中，但它们可能会以空中出租车的形式限制在较短的航程和较小的尺寸上。氢动力飞机，如空客在 2021 年宣布的设计，可能在几十年内都不会实现商业化和规模化，而且航程也可能有限。

尽管 SAF 前景光明，但人们仍对 SAF 的过渡是否容易、成本如何以及这种燃料实际上能减少多少排放存有疑问。市面上还有各种各样的 SAF，它们各有优缺点。以下是您需要了解的有关该技术的信息。

那么 SAF 到底是什么？

SAF 在化学上与传统喷气燃料（或煤油）相同，后者是碳氢化合物的混合物，但它们不是化石燃料，而是由一系列可再生的起始材料或原料制成。许多 SAF 使用生物废品，包括废弃的食用油、玉米秸秆（玉米棒收获后剩下的）、食物残渣或城市固体废物。其他 SAF 是完全合成的燃料，或电子燃料，由二氧化碳和氢气制成。

原料需要经过一系列步骤才能变成可用的航空燃料。迄今为止，生产 SAF 最广泛使用的途径之一是从餐馆等场所获取废油、脂肪和油脂，然后对其进行精炼，该过程类似于传统航空燃料的精炼过程。美国国家可再生能源实验室的生物质实验室项目经理齐亚·阿卜杜拉 (Zia Abdullah) 表示，这种称为 HEFA（加氢酯和脂肪酸）的工艺特别有吸引力，因为它可以利用现有的炼油厂。

但由于原料和工艺种类繁多，量化 SAF 的益处可能很棘手。国际清洁交通委员会航空和海洋项目主任 Dan Rutherford 表示，原因与其说是化学，不如说是会计。

[相关：未来的飞机可能会以餐桌上的残羹剩饭为燃料]

由于 SAF 在化学性质上与航空燃料大致相同，因此燃烧时会产生相同的二氧化碳排放量。“不确定性来自上游，”Rutherford 说道，他指的是燃料的生产方式。

传统航空燃料的起源是地下。它被提取、提炼，并在燃烧时排放温室气体和其他污染物。地下的碳最终进入空气中。但 SAF 在制造时会将碳从循环中抽离出来（例如当植物利用二氧化碳生产糖时），然后在燃烧时重新排放，因此排放基本上可以抵消。

这种核算意味着燃料生产的细节，例如它是否由可再生能源制成以及是否导致森林砍伐，将决定它是否真正减少了排放。

与此同时，卢瑟福表示，利用可再生能源和二氧化碳生产的全合成燃料可以减少 99% 或更多的排放量。使用玉米秸秆和污水处理厂的废物可能会减少约 80% 的排放量，而用食用油生产的燃料可能会减少约 50% 的排放量。

有些替代燃料根本无法减少排放。例如，对于一些以农作物为基础的可持续农业，农民专门种植农作物用于生物燃料。这可能会导致大规模的森林砍伐，如果考虑到土地使用，实际上会导致比化石燃料更高的排放量——你可能听说过棕榈油因此特别有害。

SAF 当前正在使用吗？

在美国，SAF 目前已获准与传统航空燃油混合使用，混合比例最高可达 50%。但从商业角度来看，供应和基础设施有限，因此目前只有少数航班使用 SAF 的一小部分。洛杉矶国际机场是少数使用 SAF 运营部分航班的机场之一，其燃料来自一家名为 World Energy 的公司，该公司使用脂肪、食用油和油脂混合物作为原料。美联航自 2016 年以来一直在洛杉矶国际机场使用 SAF，尽管这仍然只是其总燃料供应的一小部分。

然而，由于大多数大型机场都使用中央油箱，所有飞机的燃料都混合在一起，如果你在过去几年里曾乘坐过从洛杉矶国际机场起飞的航班，“你的飞机至少有一部分是由 SAF 提供动力的”，代顿大学航空航天工程研究员 Joshua Heyne 说。

[相关：空军的绿色计划从可持续航空燃料开始]

一些公司正在推动测试完全由可再生能源驱动的飞行。劳斯莱斯于 2021 年 10 月宣布成功使用 SAF 进行了一次试飞，波音 747 的四台发动机之一在近四小时的飞行中以 100% 的 SAF 运行。在 2021 年 12 月由美联航和通用电气进行的另一次试飞中，波音 737 的两台发动机之一在从芝加哥飞往华盛顿特区的航班上以 100% 的 SAF 运行，机上载有 115 名乘客。

那么，我们为什么需要新的航空燃料呢？

简而言之，“我们需要尽快实现脱碳”，美国联邦航空局环境与能源首席科学技术官吉姆·希勒曼说道。

2021 年 9 月，美国联邦航空管理局宣布了到 2050 年实现净零排放的目标，希勒曼预计 SAF 将成为实现这一目标的最大难题之一。其他技术也可能发挥作用。但希勒曼表示，航空业的挑战使得在其他地方（如汽车或发电厂）使用的一些清洁能源解决方案的实施变得更加困难。

飞机需要足够轻才能飞行，并且携带足够的能量供其飞行。这意味着能量密度（在给定空间和重量下储存的能量）是关键。而且很难在能量强度上与喷气燃料相媲美。一架波音 737 飞机需要 600 吨重的锂离子电池才能与喷气燃料携带的能量相匹配。NREL 的 Abdullah 说，这比飞机的总起飞重量（约 90 吨）重好几倍。

阿卜杜拉补充道，氢气重量较轻，但占用大量空间，因此要为大型飞机配备足够的燃料电池以进行长途飞行也是一个挑战。使用液化氢发电的 737 飞机需要将三分之一到一半的飞机装满燃料，这严重限制了乘客和货物的空间。氢动力飞机的新设计可以解决这个问题，尽管它们距离商业化还有几十年的时间。

有什么问题？

成本是目前 SAF 面临的最大障碍之一，因为大多数 SAF 的价格是传统航空燃料的 2 到 4 倍。Rutherford 表示，虽然随着技术规模扩大和普及，价格可能会有所下降，但 SAF 不太可能像化石燃料那样便宜。

这些成本可能会迅速增加，尤其是对于燃油效率较低的飞机而言。这个问题对 Boom Supersonic 来说可能是一个挑战，这家初创公司承诺在 2030 年实现超音速商业飞行，并承诺完全依靠 SAF 为其即将推出的飞机提供动力。

在最近的一项分析中，Rutherford 和他的 ICCT 同事估算了 Boom 航空实施 SAF 后的燃料成本。他们发现，该公司的成本很可能是传统航空公司的 25 倍，因为替代燃料的价格大约是传统燃料的三倍，而且超音速飞机每飞行一英里，每位乘客需要的燃料更多。

即使公司愿意将燃料成本提高三倍，目前最常见的 SAF 供应量仍然有限。目前，废弃食用油、脂肪和油脂的总产能约为每年 15 亿加仑。仅美国目前每年就消耗约 200 亿加仑的航空燃料，到 2050 年可能会达到 350 亿加仑，因此我们需要其他原料来满足日益增长的需求。

卢瑟福表示，扩大生产所有这些生物燃料所需的基础设施将是一个挑战。他说，到 2050 年，大约需要 7,000 个生产设施投入运营，才能提供足够的 SAF 来支持整个航空业。目前有三家生产设施。

阿卜杜拉表示，一些现有的炼油技术可以重复使用，以帮助减少新建项目。但需要新设备来使各种原料达到与能够完成 SAF 生产的炼油厂兼容的状态。

下一步是什么？

欧盟有一项提案正在立法程序中审议，该提案要求航空公司使用最低比例的 SAF：到 2025 年为 2%，到 2050 年增加到 63%。整个过程于 2021 年 7 月开始，预计需要 8 到 18 个月。美国没有计划强制执行，尽管拜登政府呼吁对使用 SAF 的航空公司提供税收抵免。这可以帮助它们在成本上比传统航空燃料更具竞争力。

批准在商业飞行中使用更大比例的SAF（高达100%），并激励企业对该技术进行投资，将有助于确定该技术对迄今为止在减排方面遇到困难的行业将产生多大影响。

“脱碳将会很困难，”联邦航空管理局的希勒曼说。但他指望 SAF 至少能成为解决方案的一部分。“我们真的没有其他选择。”