综述：对可持续航空燃料与传统喷气燃料在发动机性能及排放特性方面的全面对比分析

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：A comprehensive review of aircraft engine performance and emissions characteristics of sustainable aviation fuels compared with conventional jet fuels

　　摘要：可持续航空燃料相比传统的化石基航空燃料具有显著优势，包括降低碳排放及其他污染物排放，同时还能提升飞机引擎的性能。近年来，可持续航空燃料在研究与应用领域都受到了越来越多关注。根据各国的规划目标，到2030年，可持续航空燃料预计将占全球航空燃料使用量的5%，而到2050年这一比例有望上升至47%至70%。这些预测表明，不同国家和地区都普遍认可可持续航空燃料的潜力。本研究对三种可持续航空燃料——氢处理酯类与脂肪酸合成石蜡煤油、费托合成石蜡煤油以及酒精转喷气燃料合成石蜡煤油——在各类航空引擎中的引擎性能及排放特性进行了全面分析。测试结果表明，氢处理酯类燃料有时能产生比传统燃料更高的推力，但也存在推力较低的情况；费托合成石蜡煤油可使引擎推力提升7.27%至8.18%（23%和7%的比例对应的推力提升幅度分别为7.27%和8.18%），而50%的酒精转喷气燃料合成石蜡煤油混合比例则能使推力提升2.07%。在单位推力燃油消耗方面，氢处理酯类燃料相较于Jet A-1可降低1.60%至17.80%的燃油消耗（48%的氢处理酯类燃料混合比例在引擎转速为70,000、88,000和112,000转/分钟时分别可降低3.2%、2.6%和1.60%的燃油消耗，50%的比例则在相同工况下可降低2.9%、1.7%和3.2%）；费托合成石蜡煤油的燃油消耗降低幅度在0.9%至9.6%之间；而50%的酒精转喷气燃料合成石蜡煤油混合比例则可使燃油消耗降低1%至2.3%。在排放方面，氢处理酯类燃料的二氧化碳排放量比传统燃料低3.23%至16.13%（32%、30%和48%的不同混合比例对应的二氧化碳排放降低幅度分别为3.03%、3.23%和4.00%，而100%的氢处理酯类燃料则可实现11.32%的更大降幅；在不同推力工况下，100%的氢处理酯类燃料可使二氧化碳排放降低5.50%至16.13%）。费托合成石蜡煤油可将二氧化碳排放降低5.01%至42.9%（50%的混合比例可降低5.01%至7.23%的二氧化碳排放，另有研究显示其降低幅度可达8.31%；纯费托合成石蜡煤油的二氧化碳排放降低幅度在8.23%至42.9%之间，其中12.21%、19.5%和22.7%为不同程度的降低幅度）。而酒精转喷气燃料合成石蜡煤油在50%混合比例下的二氧化碳排放量则比传统燃料高10.26%至55.56%；在较低和较高的混合比例下，其二氧化碳排放量上升幅度更为显著，20%混合比例时上升51.03%，100%混合比例时上升55.56%。对于二氧化碳排放，氢处理酯类燃料和费托合成石蜡煤油可分别降低0.5%至3%和0.34%至4.26%的排放量（30%的氢处理酯类燃料混合比例可降低0.5%的二氧化碳排放，32%和48%的比例则可降低约1%的排放量，纯氢处理酯类燃料的降低幅度最大，可达3%）；酒精转喷气燃料合成石蜡煤油在50%混合比例下的二氧化碳排放降低幅度在0.34%至0.95%之间，而100%混合比例在不同测试场景下的降低幅度则在0.36%至1.74%、0.71%至1.91%和0.50%至4.26%之间。酒精转喷气燃料合成石蜡煤油的二氧化碳排放量则可能高于或低于传统燃料，具体取决于运行条件和测试场景。氢处理酯类燃料的氮氧化物排放量与传统燃料大致相当；费托合成石蜡煤油在50%混合比例下可使氮氧化物排放量比Jet A燃料降低8.31%；而酒精转喷气燃料合成石蜡煤油则会使氮氧化物排放量比Jet A-1/JP-8燃料增加16.67%至76%（100%的酒精转喷气燃料合成石蜡煤油可使氮氧化物排放量增加16.67%，50%混合比例则在不同负荷条件下可使氮氧化物排放量增加31%、76%和57%）。在颗粒物排放方面，氢处理酯类燃料可使颗粒物数量降低5.4%至82.0%（30%的混合比例可降低5.4%的颗粒物数量，纯氢处理酯类燃料的降低幅度更为显著，可降低82.0%的颗粒物数量以及86.49%的烟度值）；费托合成石蜡煤油可在50%混合比例下将颗粒物数量降低52.2%至61.8%，纯费托合成石蜡燃料的降低幅度则在68.5%至88.1%之间，另有测试显示纯费托合成石蜡燃料可使颗粒物数量降低70%至95%；酒精转喷气燃料合成石蜡煤油在30%混合比例下可使颗粒物数量降低16.7%至51.36%。