目前，航空业约占全球碳排放量的 3%，即每年约9000 亿吨二氧化碳。随着越来越多的人乘坐飞机出行，这一数字预计将继续增加。
为了减少与飞行相关的排放增长，航空公司正在寻求一种名为可持续航空燃料 (SAF) 的新型液体推进剂。这些 SAF 与喷气燃料足够相似，可以替代它，但它们是由可再生能源制成的。而且它们正在逐渐普及。美国联邦航空管理局已宣布一项计划，目标是到 2030 年实现 30 亿加仑 SAF 的产量。
旨在减少航空业碳排放的其他技术也在酝酿之中，但 SAF 可能在快速减少大部分航班的排放方面具有独特的优势。由电池供电的电动飞机正在开发中，但它们可能仅限于短途航程和小型飞机，以航空出租车的形式出现。空客在 2021 年宣布的氢动力飞机设计可能需要数十年才能商业化和规模化，而且航程也可能有限。
尽管前景广阔，但关于过渡到 SAF 的难易程度、成本以及燃料实际能减少多少排放量等问题仍然存在。此外，SAF 的种类繁多，各自都有其优点和缺点。以下是您需要了解的有关这项技术的信息。
那么，SAF 到底是什么？
SAF 在化学上与传统的喷气燃料（或煤油）相同，后者是碳氢化合物的混合物——但它们不是来自化石燃料，而是由一系列可再生起始原料（或称为原料）制成。许多 SAF 使用生物废料，包括用过的食用油、玉米秸秆（收获玉米棒后剩余的部分）、食物残渣或城市固体废物。其他 SAF 是完全合成燃料（或称为电子燃料），由二氧化碳和氢气制成。
原料需要经过一系列步骤才能转化为可用的喷气燃料。到目前为止，最广泛使用的 SAF 生产途径之一是将餐馆等场所的废油、脂肪和油脂通过类似传统喷气燃料的精炼过程进行处理。美国国家可再生能源实验室生物质实验室项目经理Zia Abdullah表示，这个过程称为 HEFA（加氢处理的酯类和脂肪酸），特别有吸引力，因为它可以使用现有的炼油厂。
但由于原料和工艺范围广泛，量化 SAF 的效益可能很棘手。国际清洁交通委员会航空和海运项目总监Dan Rutherford表示，原因更多在于核算而不是化学。
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由于 SAF 在化学上与喷气燃料或多或少相同，因此燃烧时产生的二氧化碳排放量也相同。Rutherford 说：“不确定性存在于上游”，他指的是燃料的生产方式。
传统喷气燃料的生命始于地下。它被开采、精炼，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。但是 SAF 在生产过程中会从循环中提取碳——就像植物利用二氧化碳产生糖一样——然后在使用时重新排放，所以排放量基本上可以被抵消。
这种核算意味着燃料生产的细节，例如它是否使用可再生能源生产以及是否导致森林砍伐，将决定它是否能真正减少排放。
与此同时，Rutherford 表示，一种完全由可再生能源和二氧化碳生产的合成燃料可以将排放量减少 99% 或更多。使用玉米秸秆和污水处理厂的废物，减排量可能在 80% 左右，而用食用油制成，减排量可能在 50% 左右。
而且，一些替代燃料并不一定能减少排放。例如，对于一些基于作物的 SAF，农民专门种植作物来生产生物燃料。如果考虑到土地利用，这可能会导致严重的森林砍伐，甚至比化石燃料产生更高的排放量——你可能听说过棕榈油尤其有害，原因就在于此。
SAF 目前是否正在使用？
在美国，SAF 目前被批准与传统喷气燃料混合使用，最高可达 50%。然而，在商业上，供应和基础设施有限，因此今天只有少数航班使用少量 SAF。洛杉矶国际机场是少数几个运营部分 SAF 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、食用油和油脂的混合物作为其原料。联合航空自 2016 年以来一直在洛杉矶国际机场使用 SAF，尽管这仍然只占其总燃料供应的一小部分。
然而，由于大多数主要机场都使用中央油箱，所有飞机的燃料都在其中混合，因此，如果你在过去几年里从洛杉矶国际机场乘坐过航班，那么“你的飞机至少有一点是 SAF 驱动的”，代顿大学的航空航天工程研究员Joshua Heyne说。
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一些公司正致力于测试完全由可再生能源驱动的航班。罗尔斯·罗伊斯在 2021 年 10 月宣布成功进行了 SAF 测试飞行，在一架波音 747 飞机上，四个引擎中的一个使用了 100% SAF，飞行了近四个小时。在 2021 年 12 月由联合航空和通用电气进行的另一次测试飞行中，一架波音 737 飞机上两个引擎中的一个在从芝加哥到华盛顿特区的航班上使用了 100% SAF，机上载有 115 名乘客。
为什么我们需要新的喷气燃料？
简单来说，“我们需要尽快实现碳中和，”FAA 的环境和能源首席科学技术官 Jim Hileman 说。
2021 年 9 月，FAA 宣布了到 2050 年实现净零排放的目标，Hileman 预计 SAF 将是实现这一目标的关键部分。其他技术也可能发挥作用。但 Hileman 说，航空业的挑战使得实施一些已在汽车或发电厂等领域使用的清洁能源解决方案更加困难。
飞机需要足够轻以便飞行，并携带足够的能量以完成整个旅程。这意味着能量密度——在给定空间和重量中储存的能量量——至关重要。而且很难在能量密度方面匹敌喷气燃料。NREL 的 Abdullah 表示，一架波音 737 需要一个 600 吨的锂离子电池才能匹配其在喷气燃料中携带的能量。这比飞机总起飞重量（约 90 吨）重数倍。
氢更轻，但占用空间很大，因此需要足够的空间为大型飞机提供燃料电池以实现长途飞行也带来了挑战，Abdullah 补充道。一架使用液化氢发电的 737 需要将飞机三分之一到二分之一的空间装满燃料，严重限制了乘客和货物的空间。氢动力飞机的全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。
有什么问题吗？
成本是目前 SAF 的最大障碍之一，因为大多数 SAF 的价格比传统喷气燃料贵两到四倍。Rutherford 表示，虽然随着技术规模化和普及，价格可能会略有下降，但 SAF 可能永远不会像化石燃料那样便宜。
这些成本可能会迅速累积，尤其是对于燃油效率较低的飞机。这个问题对于承诺到 2030 年实现超音速商业飞行的初创公司 Boom Supersonic 来说可能是一个挑战，该公司已承诺完全依赖 SAF来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 在使用 SAF 时的燃料成本。他们发现，该公司可能会面临比传统航空公司高出 25 倍的成本，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英里每位乘客需要的燃料更多。
即使公司愿意将其燃料成本增加两倍，目前最常见的 SAF 供应量仍然有限。目前，用过的食用油、脂肪和油脂的总产能约为每年 15 亿加仑。美国单凭自身每年就消耗约 200 亿加仑喷气燃料，到 2050 年可能达到 350 亿加仑，因此我们需要其他原料来满足不断增长的需求。
Rutherford 表示，扩大生产所有这些生物燃料所需的基建将是一个挑战。他表示，到 2050 年需要运营约 7,000 个生产设施才能供应足够的 SAF 来支持整个航空业。目前只有三个。
Abdullah 说，一些现有的炼油技术可以被重新利用，以减少所需的新建工程。但是，需要新的设备来将各种原料处理成与炼油厂兼容的状态，以便完成 SAF 的生产。
下一步是什么？
欧盟有一项提案正在立法过程中，该提案将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。美国没有计划强制规定，尽管拜登政府呼吁为使用 SAF 的航空公司提供税收抵免。这可以帮助它们在成本上与传统喷气燃料竞争。
批准更大比例的 SAF 用于商业航班（最高 100%），并为公司投资该技术提供激励措施，将有助于决定该技术对迄今为止在减排方面遇到困难的行业产生多大影响。
FAA 的 Hileman 说：“实现碳中和将是艰难的。”但他是指望 SAF 至少是解决方案的一部分。“我们真的没有其他选择。”
