综述：将废物转化为可持续航空燃料（SAF）：系统性文献综述

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Converting waste into Sustainable Aviation Fuel (SAF): A systematic literature review

本综述系统梳理了将废物转化为可持续航空燃料（SAF）的前沿技术、环境影响与经济可行性，重点评述了气化、热解、水热液化（HTL）及费托合成（FT）等八种ASTM认证路径。文章指出，尽管SAF可显著降低CO2排放（部分路径减排超60%），但成本高昂（如HEFA-SPK约1943美元/吨）和原料限制仍是规模化挑战。未来需通过工艺整合、政策支持与催化剂创新推动SAF产业化，助力航空业实现2050年净零排放目标。

　　

摘要

全球航空业在连接人口、文化与经济的同时，也因大量温室气体排放加剧环境压力。本文通过系统性文献综述，探讨将各类废物转化为可持续航空燃料的技术路径、环境效益与产业化挑战。综述涵盖气化、热解、水热液化和费托合成等主流技术，重点分析八种ASTM认证的SAF生产路径，揭示其在技术成熟度、碳排放削减潜力与经济性方面的差异。研究表明，热化学路径结合加氢处理虽技术成熟度高，但生产成本仍显著高于传统航煤，需政策扶持与工艺创新协同推进。多路径 hybrid 整合有望实现环境效益与经济效益的平衡，为航空业低碳转型提供关键支撑。

1. 引言

航空业贡献全球约2.5%的CO₂排放，亟需可持续替代燃料。SAF以废弃生物质、生活垃圾、工业副产品等为原料，通过先进转化技术生成低碳可再生航煤，是破解航空碳减排难题的关键路径。目前全球每年产生约13亿吨城市固体废物，预计2050年将达34亿吨，传统填埋与焚烧方式导致土壤水体污染等问题。废物燃料化技术契合循环经济理念，通过资源回收利用构建闭路循环系统。ASTM D7566标准已认证HEFA-SPK、FT-SPK、ATJ-SPK等八种SAF生产路径，但其规模化应用仍受原料可获得性、技术成本及政策缺失制约。

2. 方法论

本研究遵循PRISMA指南，基于Scopus数据库检索2018–2024年间"waste AND sustainable AND aviation AND fuel"主题文献，最终纳入81篇核心论文进行系统性分析。文献按技术路径、能效评估、案例研究等六大主题归类，结合技术就绪度、生命周期评价与技经分析，多维度评估SAF技术现状与前景。

3. SAF文献综述

与既往聚焦单一技术或区域的研究相比，本综述首次跨维度整合多原料、多技术路径的SAF生产体系。对比显示，现有研究多局限于生物煤油、氢燃料或特定区域原料，缺乏技术-经济-环境协同分析。本文构建涵盖气化、热解、催化升级等全链条的评估框架，为决策者提供证据支持。

4. 废物制SAF路径

4.1 常见路径

4.1.1 醇基喷气燃料

ATJ路径通过醇类脱水、寡聚化及加氢处理生成合成石蜡煤油。墨西哥学者利用木质纤维素生物质构建分布式乙醇-生物航煤联产系统，通过蒸汽侧流精馏塔优化能耗，实现5.56%成本削减与1.72%可持续性提升。

4.1.2 费托合成

FT路径将生物质气化产生的合成气在催化剂作用下转化为液态烃。瑞典研究显示，木质纤维素FT路径的井至泵阶段碳排放仅0.6–1.5 g CO₂-eq/MJ，较传统航煤降低86%。CANS?技术突破小规模废物处理经济性瓶颈，推动FT技术商业化。

4.1.3 水热加工与加氢处理

水热液化在亚临界水条件下将湿生物质转化为生物原油，经加氢脱氧后满足航煤标准。英国模型显示，污泥HTL路径燃料成本最低，热集成技术可降低10.5%成本并满足22.8%国内航煤需求。镍基催化剂在废食用油转化中展现高选择性，Ni-Mo/硅铝催化剂在420°C下实现96.6%转化率与55.6%航煤选择性。

4.2 过程集成与系统评估

生命周期评价表明，废食用油基HEFA-SPK的碳排放为4.2–15.7 g CO₂-eq/MJ，而微藻HTL路径可实现负碳排放。美国研究提出"中心-卫星"式布局，将分散式废物制油与集中式气化精炼结合，运输效率提升一倍。技术经济分析显示，政策支持是SAF商业化关键，资本补助与产出激励可降低生产成本0.07–0.71美元/升。

4.3 新兴路径

光脱羧酶催化、微生物代谢工程等创新技术崭露头角。Chlorella variabilis NC64A在厌氧环境下戊烷产量提升44.7%；Yarrowia lipolytica工程菌株从废食用油合成α-红没药烯，摇瓶发酵效价达1954.3 mg/L。太阳能驱动二氧化铈热化学循环实现4.1%光-合成气转化效率，为SAF生产提供零碳能源方案。

5. 能效比较研究

SAF的热稳定性允许发动机使用更多燃料作为热沉，潜在提升热效率0.17–0.25%。双塔 diabatic 精馏分离技术降低能耗22%，废轮胎热解油与航空煤油混合可提升推力32%。氢燃料虽降低排放，但燃烧焓损导致火用效率从17.24%降至16.20%，需系统优化平衡环保与能效。

6. 案例研究

欧盟ReFuelEU航空法案要求2030年SAF掺混比例达5%，美国通过税收抵免政策目标2045年产量80亿加仑。芝加哥奥黑尔机场利用木质纤维素FT路径，实现每加仑汽油当量2.31–2.81美元成本与86%碳减排。卡塔尔集成贾特罗菲果气化-加氢-费托系统，年产3.28亿升生物航煤，满足国内15.3%需求且碳减排41%。

7. 优化研究

废食用油生物炼厂热集成设计降低能耗66.95%，碳排放减少3.07%。动物食品空运采用SAF后，三文鱼运输碳排放最高削减64%。决策模型显示，循环经济背景下能源效率是航空业绿色投资优先指标。

8. 关键洞察与未来方向

SAF技术仍需突破催化剂长效稳定性、原料供应链优化等瓶颈。机器学习可整合多源数据预测工艺参数，但需建立标准化数据库。政策层面应统筹生产端激励与消费端拉动，通过国际认证体系破除区域壁垒。未来研究应聚焦 hybrid 系统集成、非贵金属催化剂开发及太阳能驱动工艺创新，构建覆盖原料-转化-应用的SAF全链条技术体系。

9. 结论

废物制SAF技术已展示显著的碳减排潜力，但成本竞争力与规模化能力仍是产业化门槛。通过多技术耦合、政策协同与创新催化剂设计，有望实现航空业2050年净零排放目标。后续研究需强化系统集成优化、跨区域合作机制及人工智能辅助决策，推动SAF从示范走向大规模商业化应用。