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生物燃油在航空領域的嘗試
發布日期:[2010-12-02] 共閱:[1964] 次  來源:中科新能源科技有限公司

快速增長的民用航空業正面臨不斷波動的航空燃油價格和燃油對環境造成負面影響的威脅。航空業正在探索各種能提高燃油效率、減少二氧化碳排放的方法,其中一個方法可能因此改變傳統的能源模式,即研發生物類可再生航空燃油替代傳統燃油,以減少二氧化碳排放從而減少污染。雖然目前生物燃油的技術尚未達到大規模投入實際運營的階段,但可以預見在不久的將來,生物燃油將會在航空公司運營中占有越來越重要的比例。

生物燃油的研發演變

生物燃油是指植物油與甲醇進行酯交換制造的脂肪酸甲酯,是一種潔凈的生物燃料,也稱之為再生燃油。與傳統燃油從煤炭、石油和天然氣等化石燃料中提取不同,生物燃油可以從植物等生物可再生資源中提取,這些資源在以植物形態生存時即已通過光合作用吸收二氧化碳。除了航空業外,生物燃油可以廣泛應用于交通、家庭取暖和小型電站等。

在科學家研發生物燃油的過程中,大致可以分成兩個階段。第一階段主要是朝著從玉米、大豆、甘蔗等農作物中提取生物燃油的方向發展,專家們稱之為第一代生物能源。然而這些農作物,也可以作為人類和牲畜的糧食,并可能帶來占用農田、推高糧食價格以及因灌溉、除蟲、施肥等改變當地環境的問題。此外,第一代生物能源中的生物柴油和乙醇的性能未能達到航油所需的性能標準,無法用于商業飛行。

第二代可再生生物燃油是從非農作物原料中提取的,目前適用于航空業的原料主要是麻風樹、亞麻薺、海藻和鹽土植物。

與第一代生物能源相比,新型生物能源特別是水藻具有無與倫比的優點:第一,玉米、大豆只能在耕地上種植收獲;而新生物能源可以在溝渠、池塘、海灘、鹽堿地以及任何不毛之地上種植或養殖,從而大量節省寶貴的耕地。這對于中國和印度這樣人口多、耕地少的國家具有特別重要的意義。第二,水藻生長速度快,不受季節影響。在單位面積上養殖水藻一年能夠提煉出來的生物燃油,分別是種植大豆、歐洲油菜、棕櫚所提煉出生物燃油的200倍、69倍和15倍。第三,新一代生物能源在進行光合作用的過程中,需要吸收空氣中大量的碳,因而能夠凈化大氣,起到環境保護的作用,可以實現低排放乃至零排放。

生物燃油在航空領域的嘗試

生物燃油目前尚處在研發和試飛階段,要正式投入航空領域使用,還需要通過實驗室實驗與分析、認證、尋找適當的原料種植地、生產原料、建立提煉廠、在機場設立提純及輸油系統等多道程序。現在航空運輸業協會、飛機制造商和航空公司在內的航空業各界都開始積極探索使用生物燃料作為航空燃油的可能性。

國際航空運輸協會(IATA)主要面向成員航空公司推廣以藻類和亞麻薺或者麻風樹為原料生產的生物柴油。IATA理事長喬瓦尼·比西尼亞尼在201024日新加坡航展上表示,生物燃油在民用飛機上應用最快可能在2011年獲得認證,2012年開始正式商用,到2020年燃油中的6%將使用第二代生物燃料。IATA估計,航空公司使用生物燃油,整個行業每年可以減少0.7%的碳排放量,在付費排放的大趨勢下這將為航空公司節省一筆費用,而節油將是更大一筆收益,整個行業可能因為生物燃油而產生1000億美元的價值。

美國聯邦航空局、美國國防部和能源部組成的工作小組CAAFI正在測試可替代性燃料。目前合成石蠟煤油已經獲得認證,而預計在2011年年底將可以認證11的標準航油和合成燃油混合的相應設備,之后就可以規模化推廣。

在目前航空生物燃油的研發方面,主要還是由飛機發動機制造商為主導。目前的航油指標是根據現有飛機發動機在高空作業要求所需的指標,反之飛機發動機廠家也可以根據新型生物燃油的試飛結果來改良發動機,即生產出適合高空作業的生物燃油的飛機發動機。2009617日,波音和一些航空公司、環保組織和燃料技術公司公布了一項針對可持續生物燃料進行分析的研究成果。測試證明,使用生物合成石蠟煤油混合燃油對發動機及其零部件沒有不利影響。研究還顯示,新燃油的能量比傳統石油類航空燃油更高,因而擁有降低飛機油耗的潛力。

生物燃油在中國航空業的發展

在目前我國飛機發動機尚不能實現國產的情況下,要掌握航空生物燃油的核心技術有一定難度。中國國內用于民航的生物燃油還未進行到試飛階段,目前對航空生物燃油的發展,主要體現在原材料的種植上。據悉,波音公司正和國家發改委、民航局和林業部等相關政府部門協商,到2020年將7500萬畝中國的荒地用于種植麻風樹,其中僅四川省就將有3000萬畝荒地成為麻風樹種植基地。如能完成種植目標,屆時產自中國的原材料所生產的生物燃料可取代全球航空運輸業現有40%的石化燃料。

同時,中國的航空業也在嘗試與其他國家合作進行新一代生物燃油的研發及商用推廣。在2010526日首屆中美可再生能源產業論壇和中美先進生物燃料論壇上,中美雙方正式啟動了中美可再生能源伙伴關系的相關合作,合作共涉及航空生物燃料、天然氣分布式能源、智能電表、纖維素乙醇等5個領域。

波音公司在1019日宣布,和中國社科院合作,向設在青島的生物燃油研究中心每年投入50萬美元,持續5年,研究從海藻中提煉生物燃油,驗證應用到民用飛機的各項技術。預計將于明年5—6月份由國航進行生物燃油試飛。之前波音已經和10多個航空公司使用幾乎所有型號發動機進行過類似試飛。

空客母公司——歐洲宇航防務集團(EADS)也啟動了一個包括中國在內的綠色燃料計劃,并稱將在京滬航線上驗證使用生物燃料飛行,希望得到中國航空公司的支持。

從現在的實驗情況來看,生物燃油應用到航空業來,技術已經不是最大困難。生物燃油大范圍使用于民航有賴于完整的種植、加工產業鏈,以及分銷和消費市場供應鏈的成熟。可以預見,使用生物燃油作為可持續航空燃油,是未來民航業的發展趨勢。作為中國的航空業者,應密切關注并參與到航空生物燃油的發展中來,才能在未來的航空業環保和能源革命中占有一席之地。

轉自:《中國民航報》

 

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