市政固体废弃物衍生微生物油脂催化加氢制备先进航空与船用电子燃料的技术可行性研究

本研究针对航空与航运业减排压力，创新性地利用市政固体废弃物（咖啡渣/橙皮）衍生微生物油脂，通过催化加氢（hydrotreatment）技术制备电子燃料（e-fuels）。研究优化了330°C/83 bar反应条件，获得含95 wt%正构烷烃（N-paraffins）的燃料，其Jet A1和DMA标准测试指标优异。该技术为废弃生物质资源化及低碳燃料生产提供了工业化路径。

　　

航空与航运业正面临前所未有的减排压力。《巴黎协定》和国际海事组织(IMO)的碳排放限制政策，迫使行业寻求可持续的替代燃料。传统生物燃料虽能降低硫和CO₂排放，但面临原料竞争和供应不稳定的困境。微生物油脂因其可控培养和废弃物转化潜力，成为第三代生物燃料的重要来源。然而，关于食品废弃物衍生微生物油脂加氢处理的研究仍存在空白。

CPERI/CERTH的研究团队创新性地选择咖啡渣和橙皮这两种典型市政废弃物，通过Lipomyces starkeyi和Cryptococcus curvatus酵母转化获得微生物油脂。由于原料有限，研究采用数学优化方法混合棕榈油、橄榄油等商业植物油，模拟出与原始油脂82-84%匹配的游离脂肪酸(FFA)组成。在TRL3级加氢中试装置中，团队系统考察了温度(300-360°C)、压力(56-83 bar)和氢油比(500-840 NL/L)对反应路径的影响。

关键技术包括：(1)GC-MS分析脂肪酸组成；(2)连续流加氢中试系统；(3)太阳能电解水制氢耦合工艺；(4)间歇蒸馏分离燃料组分。研究通过元素分析、硫含量测定和质谱等手段，明确了反应机理和产物特性。

【3.1 杂原子脱除】
研究发现压力提升至83 bar促进加氢脱氧(HDO)反应，氧元素以H₂O形式脱除；而300°C低温更利于脱羧反应产生CO₂。GC分析显示气体产物含8-22 wt% CO₂和10-16 wt% CH₄，证实存在CO甲烷化副反应。

【3.2 液体产物评估】
最优条件(330°C/83 bar)下，有机相硫含量降至5.1 wppm，满足EN 15940标准。GC-MS显示产物含95 wt%正构烷烃，其中十七烷(C₁₇H₃₆)占比最高达41 wt%，解释其高倾点(15-21°C)特性。

【3.3 催化剂寿命】
14天连续运行显示催化剂稳定性良好，硫含量波动在3.5-9.9 wppm，密度稳定于0.782 g/ml。

【3.4 燃料性能】
分馏获得的航空馏分(45 wt%)密度0.7773 g/ml、闪点133°C，船用柴油馏分(55 wt%)十六烷值79.5，热值46.96 MJ/kg，均显著优于化石燃料标准。

该研究首次系统论证了废弃物衍生微生物油脂加氢制备电子燃料的可行性。通过反应路径调控，实现了氧元素高效脱除（HDO占比>70%）和碳链选择性裂解。所产燃料的硫含量(<5 wppm)和芳烃含量(0 wt%)等关键指标，为航空和航运业提供了符合EN 15940/EN 590标准的低碳解决方案。研究特别指出，采用太阳能电解氢可使全生命周期碳强度降低80%以上，这对实现IMO 2050年航运零排放目标具有重要实践意义。未来工作需进一步优化异构化工艺以改善低温流动性，并开展万吨级示范验证经济性。