“地沟油”怎么变身成了国产大飞机的航空燃油?

来源:科普中国 发布时间:2024年06月14日 作者:上海科技馆

6月5日中午,国产大飞机C919和国产ARJ21支线飞机,分别在东营和上海成功完成首次加注可持续航空燃料(Sustainable Aviation Fuel,SAF)的演示飞行任务。

图源:中国石化报

中国石化首席专家曹东学说,这次试飞所使用的航空燃料采用的是中国石化自主研发的生物航煤生产技术,原料是餐饮废油,也就是由我们通常说的“地沟油”提炼而成,并以40%的比例与普通航空燃料调和。

太神奇了!我们通常非常嫌弃的“地沟油”,竟然摇身一变,成了助力大飞机展翅翱翔的航空燃油。这是如何实现的呢?我们先来了解一下——

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航空燃料的前世今生




而本次演示飞行所使用的可持续航空燃料(SAF),则是一种先进的航空替代燃料,展现出革命性前景,标志着绿色航空燃油时代的到来。

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和传统航空燃料相比,可持续航空燃料好在哪儿?

可持续航空燃料(SAF)是一种由可再生原料制成的液体航空替代燃料,原料主要包括椰子油、棕榈油、麻风子油、亚麻油等植物性油脂,以及微藻油、餐饮废油、动物脂肪等。

与传统航空燃料相比,其在全生命周期内最高可降低80%的碳排放量,甚至可以通过碳封存实现全生命周期负碳排放。

碳捕集、利用与封存技术|图源:参考文献1

已经获得认证的SAF生产工艺主要包括以下几种,其中,将“地沟油”炼化成为航空煤油,采用的就是酯及脂肪酸加氢工艺(HEFA)。

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“地沟油”如何通过HEFA工艺,变身航空燃油?

酯及脂肪酸加氢工艺(HEFA)是一种对植物油、餐饮废油和动物脂肪中的甘油三酯、饱和及不饱和脂肪酸加氢处理的过程。该工艺大体上分为3 步:

第一步:通过催化加氢的方法,将不饱和脂肪酸以及甘油三酯转为饱和脂肪酸,其中甘油三酯通过β-氢消除反应生成脂肪酸。

第二步:饱和脂肪酸通过加氢脱氧和脱羧反应转化成C15~C18的直链烷烃。早期,这一步主要使用沸石或氧化物负载的贵金属催化剂,但这些催化剂易中毒失活、易生成裂解产物、成本高,之后逐步被过渡金属如Ni、Mo、Co或其负载型的双金属催化剂所代替。

第三步:裂化和异构化反应,脱氧直链烷烃进一步选择性加氢裂化和深度异构化生成高度支化的烷烃。该步骤常用的催化剂是Pt负载的Al2O3、沸石分子筛等。

最后通过分馏过程将混合的液体燃料分离为轻质气体、石脑油和生物航煤。

我国是亚洲第一、世界第四个拥有自主研发生物航空燃油技术的国家。目前,我国已初步形成了生物航空燃油生产、认证、应用体系。我国首套年产10万吨生物航空燃油装置,在镇海炼化成功进行规模化生产。

装载着中国石化1号生物航煤的油罐车由镇海炼化出厂

图源:央广网

这次助力国产大飞机展翅翱翔的可持续航空燃料,就是镇海炼化生产的。采用中石化自主研发技术生产,质量指标符合国家标准,获得亚洲首张全球RSB生物质航空燃料认证证书,RSB认证是目前业界最高的可持续标准之一。

炼化前的餐余废油和镇海炼化生产的航空燃料对比

图源:北京日报

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用“地沟油”生产生物燃料,划不划算?

其实,从地沟油变成生物航空燃油,全流程下来成本不低,大概是普通航空燃油的3倍多,但是碳排放量却可以减少一半以上。

打个比方,去年我国航空燃油的消费量如果全部用生物航空燃油替代的话,预计每年可以减排5500万吨,这相当于植树近5亿棵。这样一看,这笔“生态账”还是非常值得的。

图源:iStock

我国拥有充足的潜在可持续航空燃料原料资源,其中废弃食用油脂每年340万吨、农业废弃物每年2.07亿吨、林业废弃物每年1.95亿吨、城市有机固体废弃物每年2350万吨、工业废弃物制乙醇每年500万吨,这些原料对应的SAF 产能上限合计可达每年4641万吨。

据统计,目前我国已建成SAF产能每年20万吨,已宣布可持续航煤规划产能超每年300万吨。全球碳排放中,航空业占比约2%,生物航空燃油全产业链的构建对于航空业减排至关重要。当前,包括空客、波音等在内的全球主要航空产业链企业都在积极推动绿色转型。而我国正在构建绿色、经济航空产业中,发挥越来越重要的作用。

参考文献

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[3]闫锋,苏帅. 可持续航空燃料的发展现状及应用浅议 [J]. 民航学报, 2024, 8 (01): 112-115.

[4]王圣,杨鹤,闫瑞,等. 生物航煤生产技术的发展现状 [J]. 生物工程学报, 2022, 38 (07): 2477-2488.

本文作者:郭玮宏,中国科学院大学博士、高级工程师

策划&编辑:小小蒲公英

科学审核:吴洋,上海大学环境与化学工程学院副教授