用地沟油提炼航空燃油做燃料是真的吗?

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最近由于 人民网 对益海嘉里集团的误报 (详见点击健康:金龙鱼被“黑”?地沟油究竟流向哪里) , 地沟油又被搬上了台面, 还有上周荷兰航空KLM使用”地沟油航空燃料” 航班10小时商业飞行的新闻荷航“地沟油”航班完成10小时商业飞行(图)|地沟油航班 英文press release KLM launches transatlantic biofuel flights from Amsterdam to Aruba and Bonaire

可能这样让大家对”地沟油”上天又有了兴趣, 其实这个话题曾经在2012年就爆发过, 那时 传闻 荷兰航空准备在华采购2000吨地沟油 做航油原料, 后被相关公司出面澄清  荷兰公司否认已购中国“地沟油”造航空用油 不巧这些事情我都有搀和.....

这是个非常新的细分行业, 我的研究生论文和公司研究报告就是专门针对Aviation Biofuel 以及其在国内的应用和市场发展,算是接触这个行业比较早的人之一吧… 我也曾在自己的微薄里分享过一些信息, 借这个机会把一些可以公开的信息系统整合一下与大家讨论

先简单回答题主的问题, 的确有”地沟油航空”这回事 并且已经进行商业化运作. 这个话题我们先把它分成 “生物航空燃料” 和 “地沟油” 两个部分来看

生物航空燃料
英文称为 Aviation Biofuel 或者是Biojet fuel. 生物航空燃料 属于生物能源, 生物质能其实是我们运用最广泛的可再生能源, 比如最初的烧木头取火都属于生物质燃料, 现代生物能源主要分为生物质直接燃烧biomass发热发电, 生物气biogas 和液体生物燃料(Liquid Biofuel). Biofuel 目前应用最广泛的是 生物柴油Biodiesel 和燃料乙醇 Bioethanol, 这里我们就不多说了, 而用于航空飞行的燃料Biojet 是这个行业里面最新的细分发展.

行业发展背景
航空业大概占全球温室气体排放的2%左右, 但是是目前排放发展最快的行业之一, 在各行业努力实现减排的背景下, 航空业也在积极探索减少温室气体排放的途径, 除了逐步提高燃油效率之外, 生物质航空燃料是减排的最佳途径.  
另外除了环保因素之外, 由于国际油价高涨, 许多公司认为这是未来控制能源成本的 途径之一, 再另外, 这还涉及到能源供应安全 (Energy supply security), 本文我们主要从环保方面来探讨.

国际航空运输协会IATA 希望在2020年达成 carbon neutral growth, 在2050年实现相对2005年水平的50%减排 

发展简史
最早提出 Alternative Jet fuel 是美国空军, 早在2006年他们就试飞了用天然气为原料的替代型航空燃料, 但是最早试飞 Biojet 生物航空燃料的是Virgin Atlantic 在2008年进行的试飞, 那次试飞的燃料是由80%普通燃油和20%椰子油为原料的Biojet 调和而成的. 这之后很多航空公司都进行过试飞活动.

2009年11月 荷兰航空KLM 进行了第一次载人飞行, 并于2011年6月进行了全球使用Biojet的第一次的商业飞行, 将171名乘客从荷兰阿姆斯特丹运送到了法国巴黎, 这次航班的其中1个引擎就使用了50%调和的Biojet, 而且其原料就是所谓的”地沟油”.
目前为止也已经有20来家航空公司进行过商业飞行了.


技术路线
生物航空燃料的确是比较前端的技术, 但是也并不是那么逆天, 目前的主要工艺有 加氢 Hydrotreated Esters and Fatty Acids(HEFA), 还有费托合成 Fischer –Tropsch (FT), 包括不同的原材料选择, 主要技术差别是效率和能耗以及资源整合的水平, 以下是我简单翻译的一些技术路线.  


传统航空燃料 与生物航空燃料 产业链及碳循环对比



标准
生物航空燃料可以达到并必须通过ASTM Jet A1 标准认证, 而目前HEFA和FT 技术生产的Biojet 已经达到了ASTM Jet A1 标准, 可以以0-50%的比例调和到普通燃油中进行Drop -in使用, 未来有希望可以达到100%使用. Drop-in 是生物航空燃料的一个非常重要的特点, 这代表可以直接作为替代燃料加入到普通飞机引擎中使用, 飞机及发动机本身不需要做任何改动. 

下面来说说”地沟油”
先不讨论国内的情况, 这里所说的”地沟油” 在业界其实是指废弃回收油脂 (Used cooking oil), 一般是回收的煎炸油 餐厨油, 但是在国内情况较为复杂, 而且真的有地沟油,国内大家也已经叫惯了”地沟油”, 在前面技术路线图里面可以看到, 不同的技术路线需要搭配不同的原料Feedstock, 在HEFA这条技术路线中 基本上油脂, 包括各种动植物油脂都可以作为Biojet的原料使用, 这个基本上和生物柴油一样.  

在Biofuel产业里处了基本的技术工艺之外, 所用原材料直接决定了成品Biofuel的环保性, 像生物柴油Biodiesel在欧美以及东南亚已经是非常成熟的产业了, 但是目前主要是以一代粮食作物油脂作为原材料, 比如说 棕榈油, 大豆油已经 菜籽油等等, 这些都与国际期货市场相连. 这里就产生了很多争议, 很多人认为使用食物为原料来生产能源, 变相抬高了国际食物供应的价格, 还有包括Deforestation 和 indirect land use change 的问题, 直到现在还有很多争论不休. 所以生物航空燃料业从最初开始就立志用更环保的二代原材料, 这里面就包括废弃物和一些非粮作物等等. 
下面是我做的一些不同Feedstock 全周期LCA的碳排放计算

数据指标是主要根据欧盟RED renewable energy directive 和模型来算的单位是g CO2,eq/MJ, 基准石化燃油的排放时87.5 g CO2, eq/MJ, 我们可以看到一代食用油原料比如大豆油 棕榈油,及菜籽油的排放都在40以上, 非粮能源作物Camelina 是22, Jatropha 在30 左右, 而废弃油脂UCO/Tallow 只有12.5 CO2,eq/MJ, 这相当于85.7% 温室气体减排, 是目前最环保的feedstock, 第三代原料藻类潜在可以达到甚至超过100% 的减排效应 但是目前技术尚不成熟. 所以相对来说 我们比较倾向于用UCO来作为原料. 

看看我们研究的全球各地的 各种原料


产业现状和发展 
这里可能会有软软的味道, 如果不喜欢请跳过这段, 但是谈到这个产业不得不谈到 荷兰航空公司KLM 和SkyNRG 两家公司, KLM 也是到目前为止用Biojet 进行商业飞行最多的航空公司, 
2011年开始进行了6个月的从Amsterdam到Paris的常规飞行, 
2012年进行世界首次洲际biojet 航班 从Amsterrdam 飞到巴西里约, 
2013 年发布 从Amsterdam 到New York 的Green Route, 
2014年发布的ITAKA项目 20班长途航班
KLM希望在2015年Biojet的使用量能占到公司整体燃油使用量的1%. 

同时为了进一步的确保它的环保性, 这些项目都有WWF 世界自然基金会参与, 整个Biojet供应链通过欧盟体系的RSB Round table for sustainable material 认证

SkyNRG是由KLM和荷兰一家能源公司联合发起的世界上第一家商业化运作生物航空燃料的供应商, KLM所有的Biojet都由SkyNRG提供, 事实上目前全世界80%的商业生物航空燃料都是由SkyNRG供应的, 全球已经有20来家航空公司使用过SkyNRG的产品.但是现在这一点都不赚钱!!!! 

目前Biojet的成本大概是普通航空燃油的3倍左右, 被原材料和市场两头都限制住了,首先没有上规模的炼厂进行大批量生产, 也很难聚集大批量的原材料, 这样导致成本太高终端航空公司很难承诺大批量的采购, 所以陷入一个死循环. 一个产业从技术研发到正式商业化是巨大的转折点, 正是KLM和SkyNRG 从2011年开始进行的商业化运作, 一点一点把这个市场给做出来的, 当然还有很多公司伙伴等以及荷兰政府的支持, 包括波音及空客 对这个产业的投入也很大. 目前主要的一些Oil Major在这个产业上的动作还不大, 可能处于观望当中. 

那很多人问为什么还要做下去呢? 每个公司有不一样的战略考虑, KLM一直是道琼斯可持续发展指数(Dow Jones Sustainability indices)航空业的领导者, 认为绿色航空是未来发展必然路径, 空客及波音也想掌握第一首资料 为未来航天器的研发做准备, 更多的航空为了做做market 也试飞个一两次. 

总体来说, 生物航空燃料的前景还是比较有发展的, 主要有一下几点:
1, 国际油价 
2, 航空碳税
3, 能源供应战略
4, Drop-in, 这一点比较重要 因为在航空飞行器上能用的可替代能源非常有限, 想陆路运输的话可以有电动车, 燃料电池等等, 但是在大型航空器上起码近30年内很难做到根本的改变, 而Biojet的drop in 特性, 不用对发动机进行任何改动, 是非常有优势的
这几点有时间再展开来聊聊

生物航空燃料产业在中国的发展
如此高大上逆天的产业中国怎么能落下呢! 但是其中躁点太多 我只列出来 就不一一评述了 , 中国的航煤产业链当然也有中国特色, 你懂的…

两桶油各有各的路线, 
中石油2008年就开始用的美国人的技术, 准备以小桐子Jatropha 为原料, 种能源林来供应, 规划了6万吨的炼厂, 2011年也试飞成功, 但是目前的情况是 呵呵 

中石化还算有些投入,走自己研发的路线于2009年启动生物航煤的研发工作,并成功开发出具有自主知识产权的生物航煤生产技术。2011年12月,首次生产出以棕榈油为原料的合格生物航煤。2012年10月,又成功将餐饮废油转化为生物航煤产品。并且与2013年4月进行了成功的试飞, 2014年2月12日下午,中国民用航空局航空器适航审定司在京向中国石化颁发了1号生物航煤技术标准规定项目批准书(CTSOA),这标志着备受国内外关注的国产1号生物航煤正式获得适航批准,并可投入商业使用。

波音和空客两大飞机制造商在国内也有一些动作,2012年空中客车与清华大学签署协议,双方将合作开展环保型航空替代燃料研究,包括替代燃料原料的选定、产业链的建立以及商业化模式的推广等。产业链旨在促进环保型生物燃料在中国的生产、推广与应用. 波音与中国商飞成立航空节能减排技术中心首个研究项目将探索使用废弃食用油(即“地沟油”)提炼可持续航空生物燃料的机会。我在展会听过他们的一些研究结果, 目前也只能呵呵…

这里不得不先说说, 中国的生物质能源产业 特别是液体Biofuel产业, 简直是一塌糊涂, 几乎与国际脱轨. 在没用弄清国情的情况下上了燃料乙醇项目, 现在陷入非常尴尬的地步, 如果有兴趣的话可以参考 “绿色油田”之困--广西木薯乙醇产业调查“绿色油田”之困--广西木薯乙醇产业调查 这篇博文, 我觉得对中国燃料乙醇的现状有个比较好的阐述. 

中国的生物柴油市场也很混乱, 中国的确有很多”地沟油”, 但是国内的”地沟油”并不便宜 . 荷兰公司的确有拿过国内的地沟油 但是目前并没有用到商业飞行中, 关于国内的"地沟油",这个有机会再专门讲讲吧. 

技术并不是那么难突破 不过要真正产业化的路还很长, 这方面我们也在做一些努力, 包括跟国内的相关机构合作,希望能推动这个产业走上健康发展的道路, 如果有兴趣讨论的朋友请联系我.