可持续航空燃料生产的经济性分析：原料与产能对燃料价格的影响机制研究

为解决航空业减排难题，研究人员系统评估了绿色氢能(H2)与二氧化碳(CO2)制备可持续航空燃料(SAF)的经济可行性，发现其平准化成本(LCO)高达8.17±5.25美元/千克，远高于传统航油价格。研究创新性提出生物甲醇(bio-methanol)作为替代原料可使LCO降至0.72美元/千克，为欧盟"Refuel Aviation"指令的实施提供了关键数据支撑。

　　

航空业正面临前所未有的减排压力，作为全球碳排放增长最快的领域之一，其温室气体排放占比已达12.5%。尽管电动飞机和氢能飞机等概念备受关注，但受限于电池能量密度和基础设施瓶颈，可持续航空燃料(SAF)成为实现2050年碳中和目标的关键路径。欧盟最新发布的"Refuel Aviation"指令要求，到2025年所有机场航空燃料必须掺混2%的SAF，2050年这一比例将提升至70%，其中半数需来自电合成燃料(e-fuels)。然而，当前SAF生产成本居高不下，特别是基于绿色氢能(H₂)和二氧化碳(CO₂)的合成路线面临巨大经济挑战。

针对这一难题，丹麦技术大学(Technical University of Denmark)的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表重要研究成果。通过建立基于AVEVA Process Simulation 2024的流程模型，结合蒙特卡洛模拟和贴现现金流(DCFR)分析，系统评估了不同原料路径生产SAF的经济性。研究发现：采用66千吨/年H₂和480千吨/年CO₂为原料时，SAF的平准化成本高达8.17±5.25美元/千克，是传统航油价格的7-18倍；而采用生物甲醇(bio-methanol)为原料时，成本可降至0.72美元/千克，展现出显著竞争优势。

研究采用三大关键技术方法：1)基于化学工程原理的流程模拟，建立从H₂/CO₂到甲醇再到SAF的全流程模型；2)蒙特卡洛模拟评估10个输入参数的不确定性；3)回归敏感性分析确定关键成本驱动因素。研究特别关注丹麦地区的工业电价(0.095美元/千瓦时)和税收政策(30%税率)等地域性因素。

研究结果部分显示：

1. 工艺设计验证：通过质量平衡验证，该工艺每千克H₂可生产0.83千克SAF，较同类研究提高22%的选择性。热集成方案实现79MW能量回收，年节省276万美元。
2. 经济性分析：H₂价格是最大成本驱动因素，贡献率达91%。即使采用最乐观的H₂价格(3.38美元/千克)，SAF成本仍达3.66美元/千克。
3. 产能优化：甲醇处理量在200-399千吨/年区间时，SAF成本趋于稳定(约4.03美元/千克)，对应68千吨/年SAF产能。
4. 原料替代：生物甲醇路线成本最低，但全球现有产能仅能满足1%掺混需求，2030年缺口达7倍。

讨论部分指出，当前绿色氢能价格(11.7-14.24美元/千克)被严重低估是导致早期研究结论偏差的主因。虽然生物甲醇路线在经济性和碳排放(0.063kgCO_2,eq/kg)方面表现优异，但其供应链限制可能引发航空与其他行业的原料争夺。研究预测，按现行发展轨迹，2050年欧盟70%SAF掺混目标将导致机票价格上涨166%，凸显政策支持与技术突破的紧迫性。该研究为航空业低碳转型提供了关键决策依据，被同行评价为"首次系统揭示SAF生产中的原料-成本-产能三角矛盾"。