來源:中國科協創新戰略研究院《創新研究報告》
第44期（總第245期）2018-8-13
<strong>編者按：2014—2020年，歐盟“地平線2020”（Horizon 2020）科研規劃在交通和能源領域共資助了53億歐元（佔總研究和創新計劃經費的6.5%），主要研究該領域國際前沿和競爭性的科技難點，尤其聚焦“智能綠色運輸”和“高效清潔能源”。為了構建更清潔、更可持續發展的歐洲航空工業，歐盟還制定了戰略目標：到2050年，作為運輸領域更為廣泛的減排任務的一部分，實現至少40%的飛機使用低碳可持續燃料。為實現這一目標，歐盟各國高度重視並加速尋找清潔航空燃料，旨在研發出新的能夠滿足嚴格的航空安全和飛行性能要求的可再生非化石燃料。本文就其主要內容進行摘編，並針對我國航空替代燃料的發展前景進行了簡要分析。
<strong>一、JETSCREEN項目聚焦替代噴氣燃料篩選優化工作
據國際能源署（IEA）預測，2050年全球生物燃料消耗量將達到32艾焦，佔全世界交通運輸燃料的27%。為了實現減排目標，同時避免歐盟航空“排碳費”的收取，許多國家已成功進行了多次軍用和民用飛機採用混合生物航空燃料或生物航空燃料的試飛，但仍處於試飛和安全性評估階段,尚未實現商業化生產。目前，沒有一家歐盟國家的公司持續生產可持續替代噴氣燃料（Sustainable Aviation Jet Fuels，SAJF）。大多數SAJF生產途徑來源於美國的資助、研究實驗室和公司。燃料組分的全方位測試是SAJF對飛行性能影響至關重要的環節，包括燃料性能和排放性能——這個過程屬於跨學科研究，耗時長，斥資巨大。
針對該問題，由歐盟“地平線2020”資助的JETSCREEN研究項目正在開展新替代噴氣燃料的篩選、建模和優化工作。研究團隊通過小尺度、低消耗的實驗測試和先進的計算機建模技術對替代燃料進行篩選和評估(圖1)。在嚴格的、有超高航空工業安全性要求的ASTM D4054國際標準規定的程序下，該研究致力於優化有前景的替代噴氣燃料，同時降低尋求新替代燃料獲得批准還需要的大量投資。
圖1 JETSCREEN噴氣燃料測試平臺
資料來源：https://www.jetscreen-h2020.eu/.
✦<strong>1. 優化有前景的燃料
JETSCREEN團隊針對各種候選替代燃料開展小規模實驗，包括具有不同組分和性質的、源自有機油和糖類的燃料。這些最新一代的生物衍生燃料比以往的可持續性更好，它們的來源生物既不是人類的糧食來源，也不是首要農業用地或淡水的主要消耗源。
項目組測試燃料的不同性質及影響，取得標準化數據並存儲在數據庫中，研究人員通過分析理解這些數據開發預測建模工具，用以篩選和評估特定燃料對燃料系統性能、燃燒和排放的影響。模型序列可以擬合燃料成分和系統性能間的關係，也可以反向優化燃料配比、測試燃料性能。
✦<strong>2. 更快批准，降低風險
JETSCREEN項目的最終目標是提供候選燃料，其分析報告中揭示的關鍵數據可為新替代噴氣燃料審批輔助參考。為燃料生產商和投資者在決定啟動新燃料類型或混合燃料應用方面降低風險，也為支持噴氣燃料研究創新降低了風險。項目提出的方法也將有助於未來飛機燃料柔性元件設計，為進一步研究優化燃料和飛機系統以實現更多減排、改進燃料性能和可持續性奠定基礎。
<strong>二、國際先行政策迭出
以JETSCREEN項目為代表的可持續替代燃料的研發趨勢，伴隨著世界經濟增長而日漸增長，而此進程涉及的生態鏈問題已在世界各國引起廣泛討論，包括碳排放、資源利用與生態保護等可持續發展問題。以美國和歐盟為首的國家和地區，通過加強一系列標準與原則、規範與管理辦法來實現新型燃料的環境、經濟、社會三方面的均衡可持續發展。
在國際先行政策上，歐盟已推動實施《可再生能源指令》與《燃料質量指令》，提出了可持續發展要求，包括生物燃料最低溫室氣體排放要求、土地利用與生態保護要求、對全燃料鏈進行流通監控要求等，同時實施生物燃料可持續性認證與審核制度，並要求成員國制定實施國家可持續標準方案或推薦性標準方案。美國頒佈《能源政策法》（Energy Policy Act 2005），實施《可再生燃料標準》（Renewable Fuels Standard）首次提出了四大類型可再生燃料利用目標，對各類型燃料的生命週期溫室氣體減排量提出了硬性要求，且所有原料須符合《能源獨立與安全法案2007》（U.S.Energy Independence and Security Act of 2007）對可再生生物物質的要求。2016年，美國國家科學技術委員會（NSTC）發佈了聯邦政府替代噴氣燃料研發戰略，提出了包括生物質原料的開發、轉化、燃料性能測試和系統集成在內的四大研究主題
[1]。中國則實施了生物燃料“三不得”原則——不得佔用耕地，不得大量消耗糧食，不得破壞生態環境；其他國家如日本也出臺了類似的標準和政策。<strong>三、中國應高度重視並加快噴氣替代燃料的研發
我國目前處於航空工業快速發展期，噴氣燃料年消耗增長較快，意味著碳排放增加迅速，我國面臨巨大減排壓力。
1.<strong>加快噴氣替代燃料的開發應上升到國家戰略的層面
從目前替代噴氣燃料的開發和發展前景來看，未來20—30年內，替代噴氣燃料必須與現有噴氣燃料性質相近、相容、可以任何比例混合及共同運輸。而能在能量密度/流動性等方面的性質與現有噴氣燃料基本相似，又滿足減排要求的熱門燃料，目前主要是生物質噴氣燃料（BTL）[2]。這屬於西方國家熱點研究領域，從全生命週期的溫室氣體排放看，是唯一可以減少其排放的物質，所以各國先後投入大量資金進行相應研究（圖2）。
2.<strong>立新型燃料可持續發展標準與原則
發展生物噴氣燃料技術，需要借鑑國外成功的研發經驗，同時結合我國的國情，最重要的是原料需要能夠穩定的供給。此外，我國應積極推動新型燃料可持續標準與規範的發展，實現與產業政策的有效結合。
圖2 生物能源可持續行動倡議架構圖
[1] 可持續噴氣燃料的路徑規劃：http://energy.gov/articles/charting-path-sustainable-jet-fuels.
[2]來源：陶志平.替代噴氣燃料的進展及在我國發展的建議[J].石油煉製與化工，2011，42（7）：91-96.
文章來源： https://www.jetscreen-h2020.eu/.
編譯：徐冰冰 鞏 玥 羅 彧
《創新研究報告》編輯：王 達 張麗琴
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