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生物能源成新話題 航空正走進生物燃料時代

2011-7-10 2:01:00 來源:網絡 編輯:56885 關注度:
摘要:... ...
剛剛結束的巴黎航展突出了“創新與環保”的主題,航空生物燃料供應商紛紛亮相。波音747-8貨機首次亮相國際航展就利用可再生航空燃油飛越大西洋抵達巴黎,完成了民用飛機首次利用生物衍生類燃油進行跨大西洋飛行。   2011年6月,制定石油產品相關標準的美國材料與實驗協會(ASTM)暫時批準了加氫處理的生物燃料在飛機中應用,正式批準將在7月生效。該規則為使用混合生物燃料給民用飛機提供動力掃清了制度上的障礙。
  高企的燃油價格和環保要求使得航空公司不堪重負
  由于中東局勢的動蕩,原油的價格再次突破100美元/桶大關,國際航空運輸協會(International Air Transport Association,IATA,簡稱“國際航協”)在6月下調了其之前對航空業盈利的預測,從之前的86億美元下調至40億美元,燃油成本占航空公司總成本的比例已經接近40%,上漲的燃油價格成為了航空公司揮之不去的夢魘。
  然而,更讓航空公司難受的,是日益苛刻的環保門檻。歐盟已經將航空業納入了碳排放交易體系,從2012年起,所有進出歐盟的航班都必須購買一定的碳配額。根據IATA的測算,歐盟碳排放交易將使航空公司成本每年增加35億美元,并且這一數字將會逐年遞增。
  2010年10月國際民航組織(ICAO)第37次會議上,所有成員國承諾了一個框架性減排目標:到2020年全球燃油效率平均每年提高2%,從2021年到2050年爭取實現每年能效提高2%,到2050年航空業實現碳中和。碳中和的實現方式包括生物燃油、空管技術改進、飛機和發動機技術的創新等。
  生物能源問題成為航空界共同關注的問題
  航空替代燃料問題成為行業共同關注的問題,雖然也可以用煤和天然氣作為原料經過費托(FT)處理來獲得替代燃油,但由于煤和天然氣屬于不可再生資源,因此目前主要的替代能源是生物燃料。生物燃料必須來自有充足供給的原料,且不能與民爭食,目前已經發展到第二代生物能源,國際上比較成熟的航空生物燃料主要從麻風樹、亞麻薺、海藻和鹽生植物中提取,其中以亞麻為原料的種植、提煉、標準化工作最為成熟。根據生物質能咨詢公司的研究,以亞麻為原料生產的航空生物燃料預計到2025年將接近10億加侖,創造25000個就業崗位,收入超過55億美元,為種植的農民增收35億美元。根據波音公司的預測,預計到2040年,航空生物燃油的使用比例將占到50%。
  航空生物燃料發展路徑預測
  過去幾年,一些制造商使用各種混合生物燃料進行了若干次成功的試飛,取得了大量進展。各方對航空在短期到中期更多地使用有利環保的生物燃料寄予厚望,但要對生物燃料的環境影響進行完全評估,需要對所有燃料的全壽命周期碳足跡定量進行標準化。
  2010年6月,美國聯邦航空局(Federal Aviation Administration,簡稱“FAA”)宣布了可持續低能源、排放和噪聲(CLEEN)計劃,將開發和示范新技術,包括可持續航空代用燃料。根據該計劃,目前對可持續航空代用燃料的投資為1800萬美元,包括業界分擔的成本。這些舉措包括燃油系統的兼容性、實驗室、裝備、發動機和多種航空代用燃料的飛行測試。開發的數據將支持推動測試燃料的燃料合格審定及認證。
  軍事方面,美國軍方為了提高能源安全、增加國內能源利用和減少環境污染問題,開始著手研制替代燃料。美國空軍和海軍是生物燃料的主要推動者,美國海軍計劃到2020年海軍所有飛機和船只所用燃料中生物燃料混摻率達到50%。2009年3月,美國海軍簽訂了購買4萬加侖從亞麻中提取的生物燃料JP-5(HRJ-5)的合同,用于海軍生物燃油的驗證項目。海軍的關鍵戰斗機之一F/A-18已經在2010年4月使用蓖麻燃油試飛成功。美國空軍對采用替代燃料極為感興趣,因為它是美國國內最大的燃料消費者,每年消耗航空煤油24億加侖(90.7億升)。空軍從2009年開始試用新型燃料,當時撥款250萬美元用于為航空航天部門建設燃料研究中心(AFRF),以便對來自煤炭、生物和烴的燃料進行研究。美國空軍對新型燃料的主要要求是價格。新型航空燃料的效能不應低于現用的航空煤油,且價格應低于后者。
  2009年年底,美國15家航空公司與兩家代用燃料供應商簽署了預購協議,為FT和HRJ燃料做出長期采購安排。2010年3月,美國航空公司和軍方航空燃油采購商形成戰略聯盟,以協調其進程,并創建一個代用航空燃料采購的“單一市場”。這代表美國為加快發展和部署可持續代用燃料提供另一個“需求拉動”重要的一步,它們幾乎代表了美國市場所有的航空燃料采購商。
  航空替代能源的標準
  世界許多地區使用的兩種航空渦輪燃料規范,分別是美國材料與試驗協會的標準 D1655和英國國防部發布的國防標準91-91。為了研究替代燃油,ASTM制定了D7566航空合成燃油標準文件。2009年9月,ASTM國際組織批準了第一種替代航空噴氣燃料的規范。新規范(ASTM D7566)允許使用通過費托工藝合成碳氫化合物燃料。2011年6月批準氫處理可再生航空燃料(HRJ)與石油航空燃料各占50%的生物燃料。
  航空生物燃料必須經過充分測試和開發,以保證其與普通發動機和航空器材料兼容。燃料必須符合必要的規范特性,以滿足飛機、旋翼機或發動機的性能和耐久性要求。數據應該滿足其與經批準用于發動機和航空器的其他燃料、潤滑油和添加劑之間的兼容性。燃料必須顯示出,在所有預期溫度條件下,它能與其他經批準的燃料或添加劑相混合;在限制運行溫度條件下,它能夠保持其特性,防止燃料管道和過濾器堵塞。試驗階段完畢后,美國材料與試驗協會航空燃料分組委員會的發動機制造商代表要對研究報告進行審議。
  生物燃油目前面臨的挑戰
  挑戰之一:航空生物燃料的成本和可提供性仍然是其被大規模采用的關鍵障礙。新的生物燃料的研發和生產設施的建設需要巨大的資金投入。
  挑戰之二:生物燃料的價格也阻礙其大范圍地應用,目前航空生物燃料的價格大約是航油價格的兩倍,但隨著生物燃料技術的發展,預計價格將會出現大幅度的下降,而且由于航空燃油價格和碳配額價格的上升,生物燃料有望在20年內比普通航油更加經濟。
  挑戰之三:與地面交通相比較,航空生物燃料的市場規模較小,而且生物燃料最初產出的是柴油,需要第二次分裂去碳才能產出HRJ,因此生產HRJ燃油的成本要高于生物柴油。
  挑戰之四:生產生物燃油的原料供給問題,需要持續可靠的供給來源才能滿足需求。(本文作者為航空工業發展中心經濟管理研究所工程師)
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