生物航空煤油.doc

生 物 航 油 产 业 化 组长：弋 强 组员：徐愈憬 卜晨飞 王 菲 王 敏 徐心田 李笑妍 吕梦颖 生物航油产业化摘要：在逐步走高的原油价格面前，日益苛刻的环保要求，让航空业这等“耗油大户”雪上加霜。应对这个难题，航空企业主流的解决方案就是找寻更加可靠的生物燃料。本文通过文献调研、讨论并分析了生物航煤从新能源的开发与技术到进行全面的产业化应用所遇的种种瓶颈，并提出了相应解决方法。关键词：生物航空煤油前言：面对能源危机和气候变化的双重挑战，仅凭现今的飞机燃烧效率和航空公司营运效率的提高，无法确保能源的可持续，也无法从根本上实现碳减排。而且飞行器自身原因和安全因素，风能、水利、核燃料和太阳能等可替代能源目前均不能满足航空业的需要，寻找新的替代能源，实现更绿色的飞行，成为航空运输业的当务之急。生物能源则以其环保，可再生等优点成为航空煤油的重要新成员。生物能源，是指从生物质得到的能源，它是通过植物光合作用，将二氧化碳转化为其它形态的含碳化合物，这些物质通过燃烧可以释放能量。生物燃料已成为人类可再生能源最重要的组成部分，约占全球可再生能源消费的 74% 左右。航空燃料是最重要的运输燃料之一，其需求量仅次于汽油和柴油。正是由于生物燃料对航空业未来发展的革命性效应，近年来，包括飞机制造商、航空公司、发动机生产商在内的航空产业链成员们以及能源和学术界领导者间的通力合作，加快了生物燃料的开发与应用的推进步伐。目前来看，虽然我国已经取得了在航空生物燃料方面一些进展，但是，要进行产业化生产还是很困难。主要遇到的难题有以下几个方面。 （一）生物航煤原料成本过高 目前我国的航空生物燃料发展还处于研发阶段。目前最大的困难就是“无米”。我国没有现成的麻风树或者微藻，不能有针对性的生产出可以满足航空所需要的大量生物燃料。航空生物燃料成本远远高于传统航空煤油，而我们又缺乏大规模的“米”，很难解决成本问题。从原料上看，生物航油的原料主要包括微藻和麻风树，两者作为原料都存在一系列的问题。首先，就我国而言，无论是麻风树还是微藻我国都没有现成的，无米之炊是我国目前面临的最大瓶颈。虽然少量的养植从中提炼出生物燃料进行试飞，相对来讲，不是非常困难，但难的是怎样有针对性的生产出可以满足航空所需要的大量生物燃料？航空燃料的需求量实在太大，我国2010年航空煤油的需求约为1600 万吨，仅靠现在的藻类、麻风树种植后所提取的油脂远远不能满足飞机的需求。在我国耕地有限的情况下，种植生物燃料将有可能侵占宝贵的粮食用地。波音公司整合国家发改委，民航局和林业部等相关政府部门协商，到2020年将7500万亩中国的荒地用于种植麻风树，其中仅四川省就将有3000万亩荒地成为麻风树种植基地。与此同时，虽然麻风树油作为生物柴油的主要原料受到广泛重视，但是生物柴油的指标远远达不到生物航油的标准，特别是它的凝固点比较高。若要达到生物航油的标准尚需进一步处理。我们再来看微藻，虽然微藻繁殖快不与人争粮，不与粮争地，只要有阳光和水就能生长，甚至在废水和污水中也能生长，但其存在的问题却不容忽视。微藻生产的成本主要集中在大面积生长和收获方面，需要独立的扩大培养系统脱水或浓缩系统以及微藻油的提取系统。微藻在培养过程中还需要添加营养成分，补充水分。常规的微藻油抽提系统需要进行藻类生物质脱水和干燥，能耗大。高产油微藻不一定高产，高产的微藻又不一定含油量高。微藻死亡后如不迅速处理就会降解发出腥臭污染环境。因此微藻的大面积培养收集及提取都存在一定的问题， 现在离工业化还有一定的距离。（二）生物燃料特性掌握不足在生物航煤制造过程中，除航空生物燃料的原料问题外，对生物燃料的特性掌握还不够全面，这个直接影响到航煤的研究。我们还无法确定生物燃料的安全性和腐蚀性。在燃料雾化（挥发性）方面，为保证涡轮燃料雾化性能和燃烧稳定性，航空涡轮生物燃料增加了蒸馏斜率T50-T10不小于15 和T90-T10不小于40 的要求。为满足航空涡轮生物燃料的蒸馏斜率要求，作为调合组分的航空生物燃料T90-T10要求不小于22 。但是蒸馏斜率限制是根据目前对认可的合成燃料的经验确定的，目前仍需蒸馏斜率实际需求的研究。在制定航空生物燃料质量指标要求时，最低芳烃含量和蒸馏斜率限制是根据目前对认可的合成燃料的经验典型值确定的，仍需芳烃实际需求的研究。飞机和发动机对于芳烃和蒸馏斜率最低需求研究试验也有待进行。另外，傅鹏程教授介绍，虽然全球大部分航空公司进行的试飞实验结果表明，生物燃料与传统燃料混合能够在不改变飞机发动机结构的情况下提高飞行效率，但生物燃料是否足够安全，是否会腐蚀或者侵袭到发动机的材质，还需要进一步探讨。（三）生物航煤工艺技术的不成熟生物航煤面临的另一个问题是合成工艺技术的不成熟，也是最为关键的部分。现今，航空生物燃料合成技术主要有以下几种：费托合成技术、氢化处理技术以及生物合成烃技术等。费托合成是指在高温、高压下，生物质通过热化学工艺转化为合成气（主要成分是H2和CO），合成气通过费托合成工艺生成各种烃类和含氧有机化合物，所得产品通过进一步加氢脱氧处理即可制成航空生物燃料。费托合成工艺成功的关键在于催化剂的选择，由于使用的催化剂和操作条件的不同，合成的产品也不同。利用费托合成工艺生产的航空生物燃料可与常规喷气燃料以最高50:50 的掺混比进行掺混,混合后的燃料能直接加注到飞机使用。费托合成燃料可从各种原料来生产，包括生物质和天然气制备合成油，煤制油等。此外，由费托工艺生产的燃料硫含量、芳烃含量低，二氧化碳排放量略少于普通喷气燃料。因此，利用费托合成工艺生产航空燃油是未来的一个重要发展方向。然而，目前利用费托合成制备航空生物燃油的成本远高于传统航空燃料，工艺中使用的催化剂选择性低，工艺反应器中还存在传质传热效果不高! 局部区域温度分布不均匀等问题。对能源安全性的强烈需求是对采用合成方法生产费托合成燃料的主要驱动力，因而除加大新型费托合成催化剂的研发外，我国更需加强对关键设备的工程开发，早日在我国实现费托生产工艺制备航空生物航煤的大规模工业化生产。同样，以第二代可再生能源作物为原料的氢化处理合成技术已经成功应用于航空飞行测试，从长远看，该技术可以使航空运输业有效减少油料依赖、降低成本和实现减排。生物合成烃技术目前仍处于试验研究阶段，报道的相关信息比较少。虽然该技术也可以应用于生物质以及糖类、淀粉类等原料，能够有效降低 CO2排放，但是该技术主要用于合成汽油基航空燃料。航空汽油用在活塞式航空发动机，该类型发动机目前只用于一些辅助机种，如直升机、通讯机、气象机等，所以相应的航空汽油的用量也大大减少。发展以生物质和第二代可再生能源作物为原料的新型航空生物燃料技术将会成为航空运输业可持续发展的新希望。尽管目前生物燃料在热氧化稳定性、产品性能稳定性、储存稳定性及原料供应稳定性等方面还存在诸多问题，但通过生产工艺的改进和提高，以上问题必将在不久的将来得以解决，实现生物燃料的商业应用，最大化地减少污染物的排放。（四）资金短缺及政府推动力度不足我国的航空生物燃料还面临资金短缺和政策不确定的困扰，我国政府还没做好生物燃料发展方面的协调和引导工作，在财政方面，也不能很好地满足生物燃料发展的需要。虽然生物能源发展已经被列入国家“十二五”能源发展规划的七大重点能源领域，但是政府对航空生物燃料的推动力度不够大。首先，国家在协调和指导生物燃料发展方面的工作上做的还不够，同时政府拨款也不能很好的满足需要。其次，制定权威性的技术路线规划还没能及时的制定出来。我国的航空生物燃料的发展同时也面临了国际的巨大压力。从2009年起，欧盟航空业碳排放交易机制便开始对我国的航空业施加压力。2012年欧盟正式通过的“绿色天空”计划。这个计划表示在2012年1月1日起实行欧盟航空业碳排放交易机制，将所有抵离欧盟的商业航班事实排放权配额制度。因为这个计划，我国航空业就必须应对欧盟8亿元的碳关税。总之，航空生物燃料的技术研发到产业化应用还需很长一段时间总结： 面临日益减少的石油资源和不断增强的温室效应，寻找新型可替代能源迫在眉睫。生物航煤作为一种可再生与环境友好的清洁燃料，具有硫、苯等有害元素含量较低，低温发动机启动性能较好，燃烧残炭值低等优点，其将成为全球航空业应对减排挑战、实现可持续发展的根本途径，在未来航空领域得以广泛应用。尽管目前生物航煤还存在诸多问题，但通过各方面的改进和提高，以上问题必将在不久的将来得以解决，实现生物航煤的产业化，从而解决行业所面临的石油燃料价格波动难题，实现航空业温室气体减排目标，顺应世界先进航空燃料发展潮流，最终保障现代航空燃料的可持续发展。目前我国航空生物燃料发展正处于起步阶段，航空公司还没有大规模使用生物航空