综述：来自生物资源的可持续航空燃料：技术路径、前景及应用挑战

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Sustainable aviation fuels from bio resources: Technological pathways, prospects, and deployment challenges

可持续航空燃料（SAF）是航空业减排的关键，本文系统评估了SAF生产技术，包括高效燃料加氢（HEFA）、费托合成（Fischer-Tropsch）和电制液燃料（PtL）等，分析显示其生命周期碳减排达50%-90%，但规模化生产面临成本高（0.85-4.00美元/升）、技术成熟度不足及政策不统一等挑战，需通过优化原料、催化工艺和模块化设计提升竞争力，同时建立完整供应链保障SAF的广泛应用。

　　可持续航空燃料（SAF）是航空业实现去碳化的重要策略，有助于显著降低温室气体排放并提升能源韧性。本文系统性地评估了近期在SAF生产方面的技术进展和新兴趋势，重点探讨了先进生物燃料、由可再生能源电力生成的合成燃料（PtL）以及提升全生命周期可持续性和燃料效能的工艺创新。研究基于超过100篇同行评审论文、技术经济评估和政策报告，时间跨度从2015年至2025年。通过对不同生产路径的比较，包括HEFA（羟基处理酯和脂肪酸）、费托合成（Fischer–Tropsch）、酒精到喷气燃料（Alcohol-to-Jet）和PtL等，研究分析了全生命周期温室气体减排效果（50%至超过90%）、燃料产量（250–650升/吨）和生产成本（0.85–4.00美元/升）。研究指出，实验室规模的创新与商业化实施之间仍存在差距，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。本文识别了关键的创新杠杆点，例如原料的灵活性、催化转化路径和模块化生物精炼厂设计，这些因素对于提升SAF的可扩展性至关重要。尽管取得了这些进展，SAF的广泛应用仍受到高生产成本、基础设施不足、原料竞争以及不同地区监管不一致的限制。研究强调了大规模生物质采购可能带来的环境风险，并指出了建立稳健SAF供应链的迫切需求。本文综合了SAF发展的现状，结合政策和市场动态，提供了可行的解决方案，以克服向低碳航空未来过渡的障碍，并勾勒出一条将SAF采用与全球气候目标相协调的路径。

可持续航空是航空业的一次重大转型，旨在减少环境影响并促进生态平衡。这一转型涵盖了多种方法和理念，以降低温室气体排放、噪音污染，并提高能源效率。生物燃料和氢能、电动和混合航空技术，以及燃料效率更高的空气动力学和飞机设计，是推动这一转型的关键。可持续航空强调优化航线设计和先进的空管系统，以减少燃料消耗和相关排放。同时，监管框架和跨国合作对于制定公司标准和最佳实践具有重要意义。在碳约束日益加剧的背景下，随着全球航空旅行需求的增加，可持续航空措施的实施对于减少航空业的环境影响并确保其长期生存至关重要。

可持续航空的目标是通过采用更加环保的做法和技术创新，减少航空旅行的环境影响。这包括努力提高燃油效率、减少温室气体排放以及降低噪音污染。SAF正在被广泛研究和开发，作为传统化石燃料的更可持续替代品。这些燃料来源于可再生资源，如生物质、废油和藻类。此外，航空工程方面的进展，例如利用轻质材料和优化空气动力学配置，也在提升燃油效率和减少排放方面发挥了重要作用。其他努力则集中在优化飞行路径、改进空管系统以及投资于新技术的研发，以进一步降低航空业的生态影响。有效的政府、航空公司、制造商及其他利益相关方之间的合作，是推动航空业向可持续方向转型的关键，有助于减少航空旅行带来的环境后果。

航空业在追求燃油和运营效率方面取得了一定进展，有助于限制其排放。根据国际航空运输协会（IATA）2023年的数据，自1960年代以来，每百万乘客公里（RPK）的燃油消耗已下降约70%。为了进一步推动进步，航空业设定了到2050年实现零净碳排放的目标。SAF对于为全球飞机机队提供清洁能源并支持每年数十亿次的航空旅行至关重要。SAF作为传统化石燃料的替代品，具有减少碳排放的潜力。其化学组成几乎与传统航空燃油相同，这使得其在航空器和燃料系统中的兼容性得到了保障。SAF的生产通常涉及多个关键阶段，每个阶段都受到特定政策的支持，以促进其生成和应用。首先，原料采集阶段涉及收集农业废弃物、废弃食用油或藻类等原料。政策在此阶段通常强调满足可持续性标准、避免与食品生产竞争以及鼓励废弃物的利用。其次，转化技术开发阶段，通过费托合成、羟基处理酯和脂肪酸（HEFA）等过程，将原料转化为SAF。政府资金和研发激励对于这些技术的推进至关重要。第三阶段是商业化扩展和分销，包括大规模生产SAF并将其整合到现有的燃料供应系统中。这一阶段受到补贴、税收激励和混合要求的支持。市场采纳最终需要诸如碳定价或SAF混合配额等机制，以鼓励航空公司使用SAF，使其在经济上与传统航空燃油具有竞争力。全球性的倡议，如国际民用航空组织（ICAO）的CORSIA（国际航空碳抵消和减排计划），为通过SAF的使用减少航空排放提供了额外的框架。

SAF的批准阶段对于其部署至关重要，因为该阶段评估了新燃料路径在航空系统中的安全整合。与道路交通燃料不同，航空燃料受到严格的安全、性能和兼容性标准的约束，这是由于航空业固有的运营和安全风险。因此，所有SAF路径都必须按照国际燃料标准，特别是ASTM D7566，进行严格的测试和认证，才能与传统Jet A或Jet A-1燃油混合，用于商业航空器。批准过程包括全面的实验室分析、发动机评估和飞行测试，以评估燃料的特性，如能量密度、冰点、稳定性、排放性能和材料兼容性。只有在完成这些阶段后，SAF路径才能获得与传统航空燃油混合的批准，通常为特定的百分比。认证是推动SAF规模化的重要机制，确保安全、增强行业信心，并促进全球航空业的广泛采纳。

交通运输行业是全球温室气体（GHG）排放的主要来源之一，其中航空业贡献了大约2%至3%的全球二氧化碳排放。如果这一问题得不到解决，该比例预计会大幅上升。与其它交通方式不同，航空业在短期内缺乏液态燃料的替代品，主要原因是其对能量密度和性能的严格要求。可持续的解决方案，特别是由废弃物生物质制成的生物燃料，为航空业的去碳化提供了可行途径。本文作者强调了将农业废弃物、市政固体废弃物和工业有机副产品转化为可再生燃料的潜力。这种方法不仅减少了对化石燃料的依赖，还通过将生物质从垃圾填埋场和露天焚烧中转移，解决了废弃物管理的关键问题。对于航空业而言，利用废弃物来源的生物燃料具有双重优势：它利用了现有的燃料基础设施，并与传统航空燃油相比，实现了高达80%的全生命周期温室气体减排。报告还列出了关键的技术，如热化学转化和先进的生物化学过程，这些技术正在被优化以实现规模化和经济可行性。此外，将废弃物转化为生物燃料的策略与支持性的政策机制、研发投资和全生命周期可持续性评估相结合，对于加速该技术的采用至关重要，特别是在航空业这种去碳化选择有限的领域。

SAF的生产涉及多种原材料，每种材料都有其独特的可持续性和可获取性。SAF可以从多种基础材料中合成，包括生物质来源的原料，如专用能源作物，如柳枝稷或 Camelina。尽管这些作物目前尚不足以大规模提取，但研究表明它们可以在未来可持续地种植，尤其是在边际或未充分利用的土地上，这为环境带来了优势，并减少了对其他资源的依赖。此外，SAF的生产还可以利用农业废弃物、藻类、市政垃圾等原料，这些材料的利用不仅有助于减少碳排放，还为废弃物管理提供了新的思路。不同地区的政策和市场环境对这些原材料的获取和使用产生了重要影响，因此需要在政策制定和市场推广方面进行协调，以确保SAF的可持续发展。

SAF的生产技术不断进步，为航空业的去碳化提供了新的可能性。这些技术包括Fischer-Tropsch工艺、酒精到喷气燃料（ATJ）和羟基处理酯和脂肪酸（HEFA）等。这些技术的发展使得SAF能够从多种原料中生产，包括农业废弃物、藻类和市政垃圾。同时，研究还在推进合成燃料或PtL（电力到液体）技术的发展，这些技术利用可再生能源电力，为航空燃料提供新的来源。此外，这些技术的开发还受到不同国家和地区政策的影响，因此需要在全球范围内推动相关政策的制定和实施，以促进SAF的生产和技术进步。

SAF的生产过程涉及多个关键阶段，每个阶段都需要特定的政策支持，以确保其可持续发展和广泛应用。首先，原料采集阶段需要确保可持续性标准的满足，同时避免与食品生产竞争。这包括对农业废弃物、废弃食用油和藻类等原料的收集和利用。其次，转化技术开发阶段需要推动高效和环保的工艺，以实现燃料的高质量生产。这包括对Fischer-Tropsch、HEFA和ATJ等技术的持续研究和优化。第三阶段是商业化扩展和分销，需要确保SAF能够大规模生产并整合到现有的燃料供应系统中。这一阶段需要政府的补贴、税收激励以及混合要求的支持。此外，市场采纳还需要诸如碳定价或SAF混合配额等机制，以鼓励航空公司使用SAF。这些机制的实施不仅有助于减少航空排放，还能够促进SAF的经济可行性。

SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要在这些领域进行更多的研究和开发，以提高技术的成熟度和商业化能力。同时，政策的支持对于SAF的推广和应用也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

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SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要在这些问题上进行更多的研究和发展，以提高技术的成熟度和商业化能力。同时，政策的支持对于SAF的推广和发展也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

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SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要在这些问题上进行更多的研究和发展，以提高技术的成熟度和商业化能力。同时，政策的支持对于SAF的推广和发展也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要在这些问题上进行更多的研究和发展，以提高技术的成熟度和商业化能力。同时，政策的支持对于SAF的推广和发展也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要在这些问题上进行更多的研究和发展，以提高技术的成熟度和商业化能力。同时，政策的支持对于SAF的推广和发展也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中，规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要在这些问题上进行更多的研究和发展，以提高技术的成熟度和商业化能力。同时，政策的支持对于SAF的推广和发展也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中的规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题。因此，需要对这些问题进行深入研究，以推动技术的成熟和商业化。同时，政策的支持对于SAF的推广和发展也起到了关键作用，例如通过补贴、税收激励和混合要求，可以降低SAF的生产成本并提高其市场竞争力。此外，国际标准和认证机制的建立对于确保SAF的质量和安全性也具有重要意义，因为航空燃料的使用必须符合严格的安全、性能和兼容性标准。

SAF的生产过程中，技术的创新和优化对于实现其规模化和经济可行性至关重要。研究指出，实验室阶段的创新成果在向商业化阶段过渡时面临诸多挑战，尤其是在高产率的木质纤维素和PtL路径中的规模化和成本竞争力仍是尚未解决的问题