文/田利军 刘鑫，中国民航大学交通科学与工程学院，中外能源
1前言
国际社会共同应对气候变化已成为全球共识，截至2021年，全球共有140多个国家已宣布正考虑2050年或2060年前实现净零排放。尽管目前航空业的碳排放量只占全球碳排放量的2.4%，但预计到2050年，航空业的碳排放将导致全球温度上升约0.1℃。根据国际民航组织(ICAO)预测，若保持现有排放水平，至2050年航空碳排放将占全球总碳排放的25%。
在航空业诸多减排措施中，创新飞行器技术、提高运营与基础设施效率等常规技术领域优化所产生的减排潜力相对有限，电动飞机和氢能飞机仍需要技术的进一步开发。而可持续航空燃料(Sustainable Aviation Fuel，以下简称SAF)能力密度高，减排效果好，可实现低碳零碳甚至“负碳”，再加上其技术成熟度高、与现有航空器和基础设施兼容、短期可商业运行等优点，因而应用SAF被业内普遍认为是最有潜力的碳减排措施。据国际航空运输协会(IATA)分析，到2050年，航空业65%的减排将通过使用SAF来实现。 美国作为全球最大的航空市场，同时也产生了大量的碳排放，因此其一直非常重视SAF的研发和生产，SAF产量已经从2021年的1.5万跃升至2022年的4.65万t。
SAF的工艺路线较为成熟，已投产的技术路线最为多样，相关认证标准对ICAO制定可持续标准具有相当的影响力。美国为了实现2050年航空温室气体净零排放的目标，使其成为新兴SAF市场的全球领导者，于2021年颁布了《可持续航空燃料大战略》(Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge)，并意图通过能源部(DOE)、交通部(DOT)、农业部(USDA)及其他机构的共同协作，实现SAF大战略的2030年和2050年目标。我国是继美国之后的第二大航空市场，2019年民航碳排放量达到1.161亿t，占到全球民航碳排放总量的27.9%，对SAF有着巨大的市场需求。 美国市场供需双方在过去十多年持续尝试，2021年产量达到500万gal(1gal≈3.7854L，下同)，而我国目前SAF供需市场还处于初期阶段。
从国际经验来看，SAF产业整体都带有显著的“政策驱动”属性，政府通过设置强制性或推荐性的SAF掺混比例等，对SAF的发展起到了重要的推动作用。从我国可再生能源如光伏产业的发展来看，一方面通过政府的指导性政策规划了光伏产业发展的大方向，另一方面通过上网电价补贴及一次性补贴光伏系统建设等措施，推动了太阳能在我国应用的进程。 原料、技术及政策是制约我国可持续航空燃料产业发展的三个主要因素，这三个因素相互制约，进一步增加了产业发展的难度。而 美国SAF发展的优势恰恰在于工艺技术领先、原材料充足且丰富、补贴政策多。本文从美国SAF技术路线、SAF产量、原材料、政策法规、未来发展规划等方面，深入剖析美国SAF发展的现状及特点，以期为我国SAF产业发展提供借鉴。
2美国SAF发展现状
2.1SAF生产基本情况
2.1.1技术路线
目前业界普遍认为未来具有较大发展前景的路线共4种：酯类和脂肪酸类加氢工艺(HEFA)、费托合成工艺(FT或G+FT)、醇喷合成工艺(ATJ)、动力合成液体燃料工艺(PtL)。上述技术路线中，HEFA是目前唯一实现商业化的成熟路线，FT合成和ATJ有望逐渐走出示范阶段进入商业化运营。 美国国内生产商采用的技术路线是FT合成、HEFA和ATJ。
HEFA路线主要是以废弃油脂或者棕榈油酸化油(POME)为原料，技术成熟度高、转化率高、经济性好、可持续性好。FT合成工艺对于煤基原料是成熟技术路线，以农林废弃物作为原料有很大的挖潜空间，该路线初始投资高、经济性稍差，但是原料价格低、适应性好、可规模化供应、可持续性好，规模越大则经济性越好。
FT-SPK(费托合成石蜡煤油)、HEFA-SPK(加氢脂和脂肪酸合成石蜡煤油)、HFSSIP(加氢发酵糖合成异构烷烃)、ATJ-SPK(醇制喷气燃料合成石蜡煤油)这4种技术路线是由正烷烃和异烷烃组成的合成石蜡煤油(SPK)，正烷烃组分的燃料虽然为SAF接受，但不符合ASTMD1655标准的冰点和闪点要求，而异烷烃则具有质量能量密度高、热稳定性好、凝固点低等优点，这也是第一批被批准的燃料。
除此之外，还批准了由芳烃和环烷烃组成的燃料，如CHJ(催化水热分解)、HC-HEFA(从碳氢化合物加氢脂和脂肪酸)和FT-SPK/A(带芳烃的费托合成煤油)，其中HC-HEFA(含异烷烃)是专门针对B.braunii藻类的。以上7种技术路线得到了ASTMD7566(含合成碳氢化合物的航空涡轮燃料标准规范)的认证。Co-processed HEFA(可再生原料与原油中间馏分共加工的加氢处理酯和脂肪酸煤油)、Co-processed FT(可再生原料与原油中间馏分共加工的费托合成煤油)这两种路线得到了ASTMD1655(航空涡轮燃料标准规范)的认证。
综上，ASTM累计批准了9条技术路线，不同路线的原料、批准时间、掺混比例及主要生产商见表1。因为SAF中可能含有极少量的杂原子化合物、含氧化合物或烯烃化合物，它们的存在可能会对燃料性能和安全标准产生不利影响，因此SAF将与常规喷气燃料掺混。 截至2022年，没有一种SAF被批准与传统燃料的混合比例超过50%。
在尚未批准的技术路线中，美国目前已研发出HDO-SK(氢脱氧合成煤油)、HDO-SAL(氢脱氧合成芳香煤油)、HEFA+(高冰点加氢加工脂和脂肪酸合成煤油)、PtL(电转液工艺)等技术路线，见表2。
其中PtL被认为是一种有前途的、可扩展的SAF生产途径，它将二氧化碳、水和可再生能源结合在一起，生产出与化石喷气燃料相似性质的SAF。其最大的优点是不用担心原料问题，若能实现技术突破，并且获得政策支持，通过扩大市场规模来降低SAF的生产成本，对于实现2050年远期目标(SAF满足100%的航空燃料需求，350亿gal/a)具有重要意义。此外，美国国家可再生能源实验室(NREL)的科学家还发明了一种生物精炼工艺，从产生甲烷的湿废物(包括食物垃圾、粪便、污水和不可食用的脂肪、油、油脂)中提取可持续航空燃料。研制的催化剂可以从挥发性脂肪酸中生成能量密集的碳氢化合物，由此生产的SAF与现有的喷气发动机兼容，碳足迹比传统喷气燃料少165%。
2.1.2SAF产量
2018～2022年间美国SAF产量稳步提升，其中2022年增幅明显，当年SAF产量达到了4.65万t，见图1。美国HEFA燃料主要生产商有Diamond Green Diesel、World Energy等，不同生产商及其年产量见表3。
由于HEFA技术面临原料短缺的问题，未来将逐渐被ATJ、FT合成等路线取代。到2030年，ATJ将成为美国SAF生产的主要路线，如LanzaJet计划到2030年，通过ATJ路线，使每年SAF产量达到302万t。Fulcrum作为全球第一个成功利用FT合成技术商业化投产的公司，计划建设两家应用FT合成技术的工厂，使总产能达到14万t。
2.1.3原料可获得性
2016年，美国能源部发布了《2016年十亿吨报告：促进国内能源发展，促进生物经济繁荣》(2016Billion-TonReport：Advancing Domestic Resources for a Thriving Bioeconomy)。该报告详细研究了美国境内的生物质资源，包括木材和木质纤维、农作物残渣、能源作物、废弃物和废料及藻类等资源的潜在规模和分布，大约有10亿t的生物质能够可持续地生长或收集，见表4。
2022年，美国能源部发布《可持续航空燃料大战略路线图》(SAF Grand Challenge Roadmap：Flight Plan for Sustainable Aviation Fuel Report)，其中介绍了将不同原料转化为SAF的措施，见表5。
据美国能源部估计，上述数量的生物质可以转化为(500～600)亿gal的先进生物燃料。其中将藻类转化为可再生燃料受到美国极大的重视，美国生物质研究与开发委员会成立了藻类机构间工作组(IWG)，负责沟通和协调与藻类及藻类生物质的生产、应用有关的联邦研究、开发和示范活动。藻类是一种高产作物，在海洋中有大量的海藻，藻类作为原材料转化为可持续燃料有很大的益处。据美国能源部(DOE)国家实验室2017年的一项分析报告，假设达到生产率和燃料产量目标， 美国拥有的土地和资源每年可持续、经济地生产(1.04～2.35)亿t微藻生物质以及超过50亿gal汽油当量的藻类生物燃料。
2.2 SAF产业的政策法规
美国针对SAF政策的特点是以鼓励性、支持性为主，主要运用财政补贴、税收减免等政策手段。图2为美国SAF政策框架图。
首先是联邦政府层面的政策法规，美国环境保护署(EPA)于2005年、2010年相继颁布了《可再生燃料标准》(RFS)、《可再生燃料标准Ⅱ》(RFSⅡ)，类似双积分政策，可再生燃料生产商可以在环保署交易调试系统(EMTS)市场中交易可再生燃料身份码(RINs)。此举降低了生物燃料生产的相关风险，为生物燃料工厂建设投资提供了间接补贴，刺激了生物燃料行业的增长。2021年，美国国会通过《可持续天空法案》(Sustainable Skies Act)，为可实现100%温室气体减排的燃料提供1.50～2.00美元/gal的长期混合燃料税收抵免。
2022年，美国国会通过《通胀消减法案》(Inflation Reduction Act)， 对使用SAF的企业提供税收减免，每加仑SAF(约3kg)可抵税1.25～1.75美元；对SAF生产企业提供税收减免，对SAF研发项目累计提供2.9亿美元的补贴。2022年，美国能源部发布《可持续航空燃料大战略路线图》， 提出到2030年和2050年SAF产量分别达到30亿gal(约900万t)、350亿gal(约1亿t)。
其次是州政府层面的政策法规，加州颁布了低碳燃料标准(LCFS)，可替代燃料生产商可以在市场上出售积分，与RFS并存。俄勒冈州、华盛顿州等仿照加州的做法，推出了清洁燃料计划，设立了碳排放强度，允许SAF生产商产生信用。夏威夷州考虑到航空业在夏威夷的经济、能源平衡和二氧化碳排放中所扮演的重要角色，并没有允许同样的LCFS类型项目，而是开发了一种主要通过税收抵免的激励机制来支持SAF的实施。
3美国SAF发展的战略规划
2022年，美国政府发布了《可持续航空燃料大战略路线图》，详细介绍了未来美国SAF发展的战略规划。本文从“两个目标”“三个关键问题”“六项具体行动”“四+N个部门”4个维度，阐释美国SAF未来的发展战略(见图3)。
3.1两个目标
可持续航空燃料大战略中提出了两个目标： 中期目标是到2030年每年SAF产量达到30亿gal，远期目标是到2050年美国国内所有的航空燃料全部由SAF提供，每年生产350亿gal。
①中期目标。距离2030年只剩6年了，新建生产SAF的基础设施从时间上看有些过于紧张，这一阶段的重点将是SAF原料和转化技术的商业化应用。从技术路线角度看，到2030年美国SAF生产的主要技术路线将是HEFA和ATJ，其中以ATJ为主要路线。
②远期目标。要实现远期目标，需要持续关注并支持目前正在进行的原料创新和转化技术创新，在2030年以后增加SAF生产的解决方案、依次扩大规模。
3.2三个关键问题
目前SAF应用主要面临三个问题：扩大供应与最终用途、降低成本、增强可持续性。这三个关键问题的解决，需要从SAF生产到使用整个SAF产业链的协同合作。
①SAF产量增加与用途扩大。虽然业内领先企业已经纷纷开展SAF的商业运行尝试，但由于SAF的成本远高于传统化石燃料以及SAF认证花费的测试费用高、时间长，进而导致SAF的市场渗透力有限。因此，首先应扩大HEFA脂基原料的生产和使用，以满足短期需求。其次要扩展原料的范围，研发农业和森林残余物、食物垃圾、城市固体废物、工业废弃物、草本和木质作物及藻类等作为SAF的原材料，改进已有的转化技术，开发新的转化技术，投资商业规模的SAF生产基础设施开发，提高政策补贴，从而扩大SAF的产能。
②SAF成本的降低。SAF的原料成本、生产设备成本以及运营成本，对于SAF的商业化应用造成了很大的障碍。如目前商业化程度最高的HEFA工艺，其原料成本占到了总成本的80%。现有的SAF大多在炼油厂生产，这是因为炼油厂的高产能允许更高的燃料产量，并提供了显著的成本降低机会[33]。Ershov等提出了一种创新方案，在SAF成功认证的情况下，将农业和食品生产的副产品加工成高质量、低碳足迹的高利润产品，将会减少大量的设备成本。成本的降低无法通过一两项措施来实现，需要从原材料、技术路线、供应链的建立、政策与价值分析、SAF的最终使用等各方面共同采取行动，才能从整体上降低SAF的生产成本，进而降低SAF销售价格，扩大SAF的推广使用。
③增强可持续性。生物质能的可持续性是从环境维度(包含空气、生物多样性、土地利用变化等准则)、社会维度(包含粮食安全、改善生活水平、健康影响等准则)、经济维度(包含贸易、就业、能源安全等准则)三个方面进行评价的。为了避免SAF以不可持续的方式进行生产和利用，产生对环境、社会和经济的负面影响，美国环境保护署出台了《可再生燃料标准Ⅱ》(RFSⅡ)，设置了促进可再生生物燃料掺混的强制性目标。
3.3六项具体行动
六项具体行动，即美国SAF发展的路径，涉及原料创新、转化技术创新、建立供应链、政策与价值分析、促进最终使用、宣传进展和争取支持等六个方面，包括潜在的可交付成果和行动的时间表。图4列出了各个方面详细的流程以及各流程需要解决的关键问题。
3.4“四+N个部门”
2021年9月，美国能源部(DOE)、农业部(USDA)、交通部(DOT)联合签订了一份备忘录，共同启动一项政府范围内的可持续航空燃料大战略，2022年又发布了《可持续航空燃料大战略路线图》。其中， 美国能源部主要研究和开发可持续燃料生产技术，为技术规模扩大和推进SAF的环境分析提供支持；美国农业部主要开发适合SAF的原料并支持商业化；美国交通部主要在燃料资格和认证、美国和国际标准制定、交通基础设施方面发挥作用。美国环境保护署(EPA)与这三个部门直接合作，制定支持SAF生产的政策法规。除此之外，还有 美国国防部、美国航空航天局(NASA)、爱达荷国家实验室、太平洋西北国家实验室、联邦航空管理局、华盛顿州立大学以及非政府组织和行业利益相关方参与，从而使整个SAF产业链共同参与、共同推动SAF战略目标实现。
4美国SAF发展对我国的启示
发展可持续航空燃料，需要坚持新发展理念，以实现SAF工业化、商业化的可持续发展，形成绿色低碳、低成本的可再生燃料新兴工业为目标，聚焦产业发展面临的关键问题，强化统筹协调，完善政策措施，发挥市场作用，创新体制机制，加快SAF专业化、市场化、规模化发展。
4.1统筹规划，建立SAF产业联盟
SAF的发展潮流势不可挡，推动航空能源绿色低碳发展已成为国际共识和一致行动。我国应从航空能源产业链源头抓起，建立一个由政府部门、航油生产商、供应商、航空公司、航发制造商、飞机制造商、科研院校等多方面参与的联盟。为了促进生物燃料的发展，美国成立了生物质研究与开发委员会———由来自8个联邦政府机构的11位高级领导人组成的合作组织。在首届CATA(中国航空运输协会)大会上，相关航司代表、SAF生产商、飞机制造商等都提出了希望成立SAF联盟的强烈意愿，SAF产业界已经做好了准备，期待政府引领。希望我国能够尽早建立由政府主导、多部门协同合作的机构，以便从财政政策、研究规划、生产规划、认证标准、应用推广等方面系统研究统筹规划。
4.2前瞻布局，重视SAF原材料的创新
针对目前我国SAF原料供应不稳定、规模小、经济性差的问题，结合美国对SAF原料发展的举施，我国需要系统梳理SAF原料的市场情况和SAF原料的可用性，发挥我国废弃油脂、废弃原料种类丰富，工业生产能力强的优势，对可用的原料进行市场分析，评估和分析影响原料可用性的因素，建立SAF原料专属数据库，取消废弃油脂的出口退税，赋予生物航煤的海关编码，使SAF原料留在国内，降低SAF生产的成本。
4.3加大SAF炼制工艺认证和认证标准建设力度
SAF新工艺认证由ASTM(美国材料与试验协会)掌握，深度捆绑飞机发动机等航空装备，流程长、费用高。欧盟的《可再生能源指令》和美国的《可再生能源标准Ⅱ》出台，对生物燃料的可持续性都提出了强制性的要求。目前， 全球认可并通行的可持续标准为RSB的“可持续生物质圆桌倡议组织全球认证标准”、ISCC的“国际可持续碳认证”。COSIA机制、欧盟航空碳税(ETS)、欧盟强制掺混政策以及航司提供的SAF使用减排证明材料中，SAF必须有可持续性认证证明，中国石化镇海炼化已经获得了RSB认证。
我国目前在新工艺认证方面，发布了《含合成烃的民用航空喷气燃料》(CTSO-2C701)标准。在可持续性认证方面，发布了《航空替代燃料可持续性要求》以及国家标准《航空燃料可持续性评价规范》。未来我国在新技术标准、管理模式差异性和审定结果互认等方面存在挑战，应坚持对外开发，持续追踪国外建设标准的发展，加强与欧盟、美国等国家的国际合作，加大在炼制工艺认证、SAF认证标准领域的交流与合作力度，努力提升我国在炼制工艺认证和认证标准领域的国际话语权。
4.4构建积极的SAF产业政策和财税政策
从国际经验看，SAF的发展离不开积极的产业政策和财税政策支持。我国可再生能源如风电、光伏等产业的政策演变，为SAF产业提供了借鉴，正是各项补贴、试点等政策的支持，才有了我国风电、光伏产业在全球领先的业绩。在产业发展初期，产业政策可以弥补市场机制的不足，助推产业升级。税收抵免补贴可持续航空燃料，可为其创造一个与传统航空燃料公平竞争的环境。
由于经济体制、政府管理、社会结构等不同，我们不能照搬美国SAF发展的经验， 需要立足实际，探索制定符合我国国情的、行之有效的产业扶持政策。加大国家财政转移支付力度，以及区域间、行业间的横向补偿机制，从而激励SAF整个产业链的研发、生产和使用。建立和落实SAF原材料采购简易征收政策、减计收入的优惠政策、设备购置税减免政策、研发费用加计扣除政策、SAF基础设施项目投资经营所得的税收优惠政策等财税支持政策。
4.5加强重点技术方向的研发投入和支持力度
现有SAF标准工艺中，美国基于自己的资源禀赋，在各个技术路线分支上专利申请量均最多，具有优势和主导地位。 中国仅在HEFA工艺和FT合成技术路线上有一定积累，减排潜力较大的ATJ路线和PtL路线中国企业均没有专利布局。为了加快SAF技术应用、降低成本和推进商业化进程，建议制定SAF应用的长期规划，打通SAF的创新链、产业链和资金链，整合创新资源，大力推进“产学研”一体化的技术创新与激励机制。把符合中国国情的解聚提质路线确定为我国中长期发展路线给予大力扶持，加大相关改进和替代解聚提质路线的小试、中试及产业化研究投入，实现弯道超车，助力我国自主标准制定，突破国际标准的制约，推动产业化落地。创新SAF绿色金融政策， 考虑将生物质燃料纳入中国核证自愿减排量(CCER)，允许SAF制造商将SAF作为金融资产，开展CCER抵押、碳信托等金融活动，以此降低SAF的生产成本。
来源：能源情报
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