全球航空需求持续增长，在SARS-CoV-2大流行之前年增长率达到8.5% [1]。预计到2050年，航空业将导致全球变暖约0.1°C [2]。作为世界第二大航空市场，中国2024年消耗了3928万吨航空燃料，产生了超过1.23亿吨的碳排放 [4]。迫切需要脱碳和SAF技术的部署来支持中国的碳中和目标。
到2025年，整个SAF供应链已被列为中国的关键低碳技术。这一链条包括生产、认证、混合、储存、运输、加注、使用和碳足迹跟踪 [5]。这促进了SAF技术在中国的发展。SAF是实现2050年航空净零排放的唯一实际途径。它可以减少高达80%的二氧化碳排放 [6]。截至2024年，美国材料与试验协会（ASTM）国际已批准了八种SAF生产路径。最常见的工业方法是酒精制喷气燃料（ATJ）和氢化酯及脂肪酸（HEFA）[7]。HEFA使用废油和脂肪作为原料，通过加氢脱氧和异构化等步骤生产喷气燃料 [8]。这是目前最成熟的技术，因此已成为中国扩大SAF生产的主要方法 [4]。ATJ工艺使用乙醇或异丁醇作为原料，通过脱水、寡聚化和氢化生产合成喷气燃料 [9]。许多材料可用于生产乙醇，包括农业废弃物、林业废弃物、固体有机废弃物和工业废气 [10]。这增加了ATJ的原料范围。由于该技术已经商业化，可以快速扩大规模，且投入和上市时间较少 [11],[12]。HEFA和ATJ各自具有互补优势，对中国绿色航空未来充满前景。然而，它们的生产增长仍然缓慢，工业扩张未达到预期 [13]。
主要原因在于高昂的生产成本。SAF的价格是传统化石基喷气燃料的2到5倍 [14]。因此，投资者犹豫不前，这极大地限制了其大规模应用 [15]。因此，解决高成本问题是实现碳中和和净零航空排放的关键。同时，提出部署HEFA和ATJ等SAF技术的计划也非常重要，这有助于生产者降低投资风险，并帮助政府制定支持政策。这些措施共同促进SAF的大规模发展。
Shakelly等人（2024年）使用蒙特卡洛模拟展示了乙醇价格变化如何非线性地影响基于乙醇的ATJ技术成本 [16]。Teixeira等人（2024年）也使用Aspen Plus模型发现了这种非线性效应 [17]。副产品的价值也被视为降低成本的一个因素。Baidoo等人（2022年）研究了使用橡胶籽油的HEFA工艺中的副产品。Collis等人（2022年）对使用钢铁厂气体的FT工艺进行了类似研究 [18],[19]。Akter等人（2026年）进一步证明，在联邦税收抵免和可再生识别号（RIN）激励下，从伐木残余物中提取的SAF的最低售价可降至每升0.59-0.83美元 [20]。然而，这些研究主要依赖于静态成本假设，未能捕捉到生产规模扩大时成本的动态变化。
生产规模和产能被广泛认为是降低成本的关键因素。Eswaran等人（2021年）发现，使用废油可将SAF的最低售价降至每升1.00美元。然而，经济可行性对成本变化非常敏感——成本变化约35% [21]。Ahire等人（2024年）建立了基于森林残余物气化的FT合成模型，表明在每天90吨的产能下，SAF成本可降至每升1.44美元 [22]。
Hughes等人（2026年）提出了一个“搭便车”集成生物精炼模型，通过共享基础设施整合了第一代至第三代生物燃料技术，与独立设施相比降低了33%的成本 [23]。虽然这些研究承认了规模的重要性，但它们要么依赖于固定产能假设，要么仅限于短期敏感性分析，未能量化由累积生产增长和技术成熟度驱动的学习曲线效应。
SAF的环境效益是克服其高成本的根本目标。Shi等人（2024年）提出了三种利用木质素的方法。直接燃烧是最经济的，但催化剂的使用导致了37%的碳排放。这表明需要更环保的溶剂 [24]。Weyand等人（2025年）报道了一种熔盐工艺，实现了78%的碳效率，但需要每吨二氧化碳500欧元的碳价格才能具有竞争力 [25]。Kourkoumpas等人（2026年）发现，在可再生电力条件下，将乙醇工厂转换为ATJ可减少61-97%的温室气体排放 [26]，而Akter等人（2026年）报告使用伐木残余物的酒精制喷气燃料路径可减少超过70%的排放 [20]。然而，这些单一路径评估缺乏碳目标和技术选择之间的整合。此外，原料可用性和价格波动是SAF部署的关键限制因素。Bolakhe等人（2024年）开发了一个随机模型，考虑了产量波动，在每升1.10美元的成本下实现了超过50%的碳减排 [27]。Hughes等人（2026年）引入了利润共享机制来稳定原料成本 [23]。
政策和市场机制也在塑造SAF技术选择中发挥着重要作用。Zhao等人（2021年）使用实期权分析发现，当油价变化时，生物燃料的价值必须比传统净现值（NPV）估计高出45%才能使投资具有可行性 [28]。Hsu等人（2022年）使用能源-环境-经济（3E）框架表明，碳税是促进基于废油的生物燃料的关键 [29]。Akter等人（2026年）发现，在政策激励下，Iso-BTJ路径甚至可以实现每吨二氧化碳-59.3美元的负减排成本 [20]。然而，这些研究主要关注单一政策工具，未能系统分析在不同碳目标下的多种技术之间的动态竞争。
总之，现有研究在工艺经济学、供应链优化、生命周期评估和政策激励等方面取得了显著进展，如表1所示。然而，仍存在关键空白：缺乏不同生产规模下成本动态的描述，学习曲线效应尚未定量纳入成本预测。此外，碳减排目标和技术路径选择之间的定量耦合不足，使得在碳约束下优化技术组合变得具有挑战性。
为解决这一研究空白，本研究重点关注两种SAF生产路径：HEFA和ATJ。建立了一个结合工艺模拟、学习曲线和技术选择模型的技术部署框架，旨在克服阻碍中国SAF发展的成本障碍。
本研究面临的挑战及提出的方法如图1所示。
本研究有四个主要贡献。首先，它开发了一个结合工艺模拟、学习曲线和技术选择的新SAF部署框架。其次，它提出了一种平衡减排目标和成本约束的协作HEFA和ATJ路径，为中国航空业脱碳提供了实际解决方案。第三，它在非线性规划框架内构建了一个决策优化模型，能够动态评估不同碳目标下的技术组合。第四，它量化了生产规模扩大和技术学习的成本降低效应，为大规模SAF投资提供了实证支持。
