综述：哪些生产生物喷气燃料（Biojet）/可持续航空燃料（SAF）的工艺有可能补充现有的主要生产路线，即通过加氢处理费托合成（HEFA）或从脂质转化生物喷气燃料的方法？

《Bioresource Technology》：Which processes to making biojet/sustainable aviation fuel (SAF) are likely to supplement the predominant, HEFA/lipid-to-biojet production route?

当前可持续航空燃料（SAF）主要依赖脂质氢化路线生产，但面临原料不足、成本高及与其他产业竞争等问题。研究提出需发展电力制液（PtL）、生物质气化费托合成（G/FT）及醇类制航煤（AtJ）等替代路径，并通过混合加工降低炼油碳排放，以满足2050年航空业减排目标，但各路径存在技术成熟度低、成本高及资源分配挑战。

　　可持续航空燃料（SAF）是当前航空业减少碳排放的重要手段之一。随着全球航空业对碳中和目标的推进，SAF的生产和应用正成为研究和开发的热点。然而，尽管目前脂类到生物航油（HEFA或脂类到生物航油）是SAF生产的主要途径，但其未来的发展面临诸多挑战，需要探索和推广其他替代技术路径。本文将对这些技术路径及其挑战进行深入解读，探讨航空业如何在满足未来燃料需求的同时实现碳减排目标。

当前，全球航空燃料的需求预计将在2050年超过5亿吨，相比2024年的约3亿吨，增长幅度显著。然而，截至2024年，SAF的产量仅为约100万吨，远远无法满足未来的市场需求。因此，航空业需要扩大SAF的生产规模，使其在2050年能够占全球航空燃料需求的72%。这一目标的实现依赖于多种技术路径的协同发展，而目前的HEFA路径虽然占据主导地位，却面临原料供应不足、成本高昂以及与其他传统市场的竞争等问题。

HEFA路径是通过将植物油或动物脂肪等脂类原料进行加氢处理，转化为符合航空燃料标准的生物航油。该技术路径目前在全球SAF生产中占据超过99%的份额，主要得益于其较高的技术成熟度和商业化程度。然而，随着航空业对碳中和目标的推进，脂类原料的供应量成为制约HEFA路径可持续发展的关键因素。目前，全球仅能提供约4000万吨低碳强度（CI）的废油脂，以及约2.3亿吨高碳强度的植物油。即便考虑到其他可能的替代原料，如Carinata等油料作物，这些原料的产量仍难以满足未来SAF的市场需求。此外，脂类原料还被广泛用于其他传统行业，如食用油、化妆品等，进一步加剧了其在SAF生产中的竞争。

为了应对这些挑战，航空业需要加快其他替代技术路径的商业化进程。目前，主要的替代路径包括Power-to-Liquid（PtL）、生物质气化费托合成（G/FT）和醇类到航油（AtJ）等。PtL路径通过电解水制氢和二氧化碳捕集合成航油，虽然理论上可以实现最低的碳强度，但其高昂的成本、低技术成熟度以及对“绿色”电力的依赖，使得大规模商业化面临困难。此外，PtL路径需要大量电力资源，而全球其他行业对绿色电力的需求也在快速增长，这可能导致电力资源的紧张，从而限制PtL路径的进一步发展。

相比之下，G/FT路径利用生物质气化产生的合成气，通过费托合成技术转化为航油。这一路径在欧洲受到较多关注，主要因为欧洲对使用食品和饲料原料持谨慎态度，而G/FT路径可以利用非食品来源的生物质原料。然而，G/FT路径在商业化过程中也面临诸多挑战，包括规模经济的限制、技术障碍以及对清洁气体的高要求。例如，Shell在卡塔尔的天然气到液体（GTL）工艺虽然展示了该技术的可行性，但也暴露出其高成本和复杂的气体净化过程。

AtJ路径则通过将醇类原料（如异丁醇）转化为航油，目前在美洲地区已有一定的发展基础。Lanzajet和Gevo等公司正在推动该技术的商业化，但该路径同样面临挑战。其中，原料的碳强度是主要问题之一，尤其是使用糖和淀粉作为原料时，其碳强度较高，可能导致最终产品的碳强度难以达到理想水平。此外，AtJ路径需要大量绿色氢气作为原料，而绿色氢气的生产成本较高，限制了该技术的广泛应用。

除了这些替代路径，另一种重要的策略是通过脂类或生物原油的共处理（coprocessing）来降低航空燃料的碳强度。共处理技术可以在现有的石油炼油厂中进行，将脂类原料与传统石油原料一起加工，从而生产出低碳强度航油（LCJF）。这种方法不仅可以降低生产成本，还能缩短技术实施的时间，因为不需要新建专门的生物燃料工厂。然而，共处理技术的应用仍面临一定的挑战，包括如何在现有炼油厂中有效整合生物原料、如何确保共处理过程中燃料的性能符合航空标准，以及如何应对传统燃料市场对原料的竞争。

在航空燃料的生产过程中，燃料的性能和安全性至关重要。航空燃料需要满足一系列严格的规格要求，包括低温流动性、沸点范围、芳香烃含量以及添加剂的使用等。这些标准确保了燃料在极端条件下的稳定性和安全性，同时也影响了不同技术路径生产的燃料是否能够满足航空业的需求。目前，化石基航油主要遵循ASTM D1655和DEF STAN 91–91等标准，而SAF则需要符合ASTM D7566等标准。这些标准的差异也反映了不同技术路径在燃料特性上的不同，从而影响其在市场上的接受度和应用范围。

尽管目前HEFA路径仍然是SAF生产的主要方式，但随着未来航空燃料需求的快速增长，单一技术路径的局限性将愈发明显。因此，航空业需要多元化发展，探索多种技术路径的协同应用。这不仅有助于提高SAF的供应能力，还能降低整体生产成本，提高技术的经济性和可行性。同时，政策支持和市场激励也是推动这些技术路径商业化的重要因素。例如，许多政策驱动因素鼓励生产可再生柴油而非SAF，这可能会影响SAF的市场推广。因此，政策制定者需要在支持SAF生产的同时，协调不同技术路径的发展，以确保航空业能够顺利实现其碳减排目标。

此外，SAF的生产成本也是一个不可忽视的问题。目前，SAF的价格是传统航空燃料的2到5倍，这使得其在市场上的竞争力相对较弱。为了降低生产成本，需要进一步优化技术路径，提高原料利用率，减少能源消耗，并探索更具成本效益的原料来源。例如，通过利用低CI的废油脂原料，可以有效降低SAF的生产成本，同时减少对高CI原料的依赖。然而，这些低CI原料的收集和处理仍然面临一定的技术和经济挑战，需要进一步的技术创新和政策支持。

总体而言，航空业在实现碳中和目标的过程中，需要综合考虑多种技术路径的优缺点，并根据实际情况选择最合适的解决方案。HEFA路径虽然目前占据主导地位，但其未来的发展受限于原料供应和成本问题。因此，PtL、G/FT和AtJ等替代路径的商业化将成为关键。同时，共处理技术的应用也为航空燃料的低碳化提供了新的思路。通过技术的创新、政策的支持以及市场的推动，航空业有望在未来实现更广泛的SAF生产和应用，从而有效减少温室气体排放，推动可持续发展。