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可减排80%!可持续航空燃料何以发展迟滞?

受高成本、燃料高密度、外部性强等因素制约,航空业被视作最难转型的行业之一。

据IPCC数据统计,2019 年,全球航空领域产生约 10.6 亿吨二氧化碳当量,占全球整体排放的1.8%。

国际民航组织测算,如果航空业不做出额外减排努力,那么国际航空将产生的累积碳排放约占总数的 7.0%,如果努力减排,将可以减少到 3.1%-5.6%。

而要将温升控制在1.5°C以内,到2030年,航空业需要将自身碳排放将减少18%至35%,(麦肯锡预测模型)。

从现阶段的实现路径来看,最经济的选择是使用可持续航空燃料(sustainable aviation fuel,SAF),可将碳排放减少70%甚至接近100%。

近年来,欧盟、美国甚至印度都开始大肆补贴本国的SAF产业,而中国的SAF产业刚刚见到黎明前的曙光。

“千面”SAF

SAF是一种旨在减少航空业碳排放的创新燃料,生产原料包括废油脂、农林废弃物、城市废弃物以及非粮食作物等,还可以通过捕获CO2 再混合氢气的方法来生产。

作为一种液体燃料,SAF在燃烧过程中也会产生二氧化碳,之所以称其为“可持续性燃料”,是因为生产SAF的原料如玉米秸秆、地沟油等在生长或合成过程中会吸收大量二氧化碳,抵消了SAF燃烧中的碳排放。

因此,从整个生命周期来看,SAF的碳排放要比目前飞机使用的传统航油减排80%左右。

此外,成品SAF在经过相关标准认证后可以直接掺入飞机现行的化石燃料内使用,不需对飞机发动机进行结构化改造。

目前测试飞机的掺混比可以达到100%,而常用商飞的SAF比例在50%以下。

由于SAF的原料来源极为丰富,生产SAF的技术路线五花八门,截至2021年,共有9条技术路线通过了ASTM(美国测试和材料学会)标准认定。

但商业化前景最清晰的有四条,分别是酯类和脂肪酸类加氢工艺(Hydroprocessed Esters and Fatty Acids, HEFA)、费托合成工艺(Gas+Fischer-Tropsch, FT或 G+FT)、醇喷合成工艺(Alcohol to Jet, AtJ),以及尚未认定但最有潜力的电转液工艺(Power to Liquid, PtL)。

※SAF不同技术路线对比

来源:北京大学能源研究院

四种技术路线中,HEFA 是目前唯一实现商业化运行的成熟路线,但由于其原料(地沟油)来源分散,收集成本高,进一步扩产缺乏经济性,产能增长较为乏力。

据云道资本分析:FT 和AtJ 由于原料(农林废弃物、城市固体废物、工业废弃等)来源广泛、耗电量低,是近期SAF生产商的新宠,有望逐渐走出中试线进入商业化运营。

PtL 路线受制于昂贵的碳捕集技术和电解水制氢,商业化尚远,不过相对于传统航油,其减排效率最高、潜力巨大,后期假如政策发力,其将成为中长期最主要的技术路线。

从全球范围来看,欧美是SAF主要的消费市场和生产地,欧洲生产商的现有产能主要以 HEFA 路线为主;新产能中,包含部分G+FT、AtJ 和 PtL路线。美国以 AtJ 路线为主。

SAF的需求前景非常广阔,2022 年 10 月,ICAO确定了航空业的气候目标,即在 2050 年前实现国际航空业务的净零排放。为了实现这一目标,预计从现在到 2050 年将累计减少 212 亿吨碳排放。

除了碳抵消和CCUS,电动飞机和氢能飞机也是航空业减碳的可行方案,但现阶段技术领域的突破非常难,新能源飞机仅有短途的试飞实验,成熟商业化应用遥遥无期。

因此,未来30年间,SAF都将是替代传统航油的核心低碳方案,65%的减排将通过加注SAF来实现。

据国际民航组织测算,其他技术路线如氢燃料电池和动力电池将贡献 13%;用能效率提升可贡献3%;剩余的排放量可通过 CCUS (11%)及碳抵消 (8%)来实现。

对应的SAF应用量需要从2021 的 1 亿升(约8 万吨),大幅提高到 2025 年的近 79 亿升(约 630 万吨),再到 2050 年的 4490 亿升(约 35830 万吨)。

目前,印度德里英迪拉·甘地国际机场、挪威奥斯陆机场、瑞典斯德哥尔摩机场、美国洛杉矶机场和西雅图机场等机场已开始供应SAF。

中国市场的商用飞机大多数都是由国外进口,在飞机技改、供应链脱碳方面少有用武之地,SAF将是减排的关键所在。

2021年,国际民航组织开始实施行业发展框架“CORSIA”,其中规定各航空企业不再增加二氧化碳排放。预计2027年将开始强制执行,中国航空企业急需采取行动。

布局玩家

从中国传统航油的产业链来看,中国航空油料集团有限公司(中航油)负责从产油商收购航空燃料,而后统一供应国内航空公司。燃料主要来自中石油、中石化、中海油等国有企业。

中航油是目前中国内地最主要的集采购、运输、储存、检测、销售和加注为一体化的航油供应渠道商,负责超过 95% 以上的国内航油供应。

SAF方面,中航油曾经全面参与了中国的SAF四次试飞和商飞的航油供应,2011 年在北京首都机场建设了用于SAF 的收、储、混、发设施,还曾参与中科院广州能源所和民航二所合作开展了国家级、省部级生物航油的研发项目。

虽然目前中航油尚未由规模化的SAF加注服务,但未来 SAF 的采购、销售和加注等环节应该会由中航油掌控。

最关键的生产环节,中国目前的SAF产能十分有限,据北京大学能源研究所2022年的摸底调查,中国 SAF 的在运营产能和规划产能总计约15万吨 / 年,涉及2个工厂和生产设施。

金联创数据统计,经过近一年的发展和产业规划,目前国内拟/在建SAF项目产能规模约为313.02万吨/年。

※国内拟/在建SAF项目产能

来源:金联创、北京大学能源研究院

值得注意的是,生产生物柴油(尤其是烃基生物柴油,HVO)的企业一般也都具备转产SAF的能力,HVO市场比较活跃的企业未来有可能发展为SAF生产龙头,从现有产能看,中国SAF具备一定的扩张潜力。

※ 国内拟/在建HVO项目产能

来源:金联创、北京大学能源研究院

目前,中国SAF与HVO 市场比较活跃的企业有中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司、易高环保投资有限公司、北京海新能源科技股份有限公司、中地油新能源 ( 山东 ) 有限公司、龙岩卓越新能源股份有限公司、北京首钢朗泽新能源科技有限公司、石家庄常佑生物能源有限公司等。

其中易高、镇海炼化是国内市场唯二SAF已投运产能的公司,运营和规划产能总计约15万吨/年。

海新能科、中地油新能源等企业有计划新建 SAF 产能或者改扩建现有生物柴油产能用以生产 SAF。

首钢朗泽在推动利用富含CO和CO2 的工业尾气通过生物发酵直接转化为生物乙醇技术的商业化生产,并计划进一步用乙醇试产生物柴油或 SAF。

卓越新能等企业也在生产一代生物柴油的基础上,进一步新建 HVO 产能。另外,杭州能源工程技术有限公司等企业参与了中国早期的 SAF 研发项目。

起飞前夜

中国SAF研究起步并不晚,2011 年,由波音与国航合作推动的 SAF 用于客机首次验证试飞取得成功。

但由于缺乏政策补贴,我国SAF产业大致处于知识储备阶段,相比于国际航空领域超四十万次SAF试飞,中国的试飞次数也屈指可数。

※ 中国航空公司SAF试飞活动

在航空公司的运营成本中,航油成本占比约 1/3,而 SAF 的价格目前约是传统燃料的 2-4倍,SAF 的高价直接影响航空公司盈利,世界范围内,SAF的高昂成本是制约航空业转型的重要原因。

作为典型的政策驱形产业,中国发展SAF的路径措施尚不明朗。相比于欧美明确的掺混指令和可持续交通燃料应用目标,民航局和其他相关部门出台的法律政策和标准体系也不完善。

※ 中国SAF相关政策进展

2021年双碳战略提出后,相关部门陆续推了相关政策,引导SAF产业的发展,行业发展在逐渐加速。

2022年1月民航局发布《”十四五”民航绿色发展专项规划》,提出推动 SAF商业应用取得突破,力争2025 年当年SAF消费量达到2万吨以上,“十四五”期间消费量累计达到5万吨。

特别是2023年7月12日,民航局航空器适航审定司发布了行业标准《航空替代燃料可持续性要求(征求意见稿)》。满足国际通用要求并符合中国国情的航空替代燃料可持续性标准。即将出炉。

为了满足国际标准,同时考虑国内航空替代燃料发展的实际情况,促进行业发展,并参考ICAO标准,民航局将减排阈值设定为10%。

标准建立后填补了国内空白,为指导航空燃料生产供应链条的各相关利益方开展研发应用,推进可持续航空燃料的行业深度发展,助力实现双碳目标提供了重要的技术基础。

据中国民航局国际合作服务中心发布的SAF进展报告,今年二季度以来,春秋航空公司与空客公司签署了谅解备忘录。双方将加强在民航绿色和可持续发展领域合作,其中包括推广和应用SAF。

霍尼韦尔公司宣布将在中国天津港保税区建设华北可持续航空燃料生产基地标杆项目,在中国正式启动使用乙醇制喷气燃料工艺技术(ethanol-to-jet fuel process technology)。

该项技术利用玉米基、纤维素基或糖基乙醇原料生产SAF,以解决植物油、动物脂肪和地沟油等传统SAF原料供应不足等问题。

霍尼韦尔公司还与浙江嘉澳环保科技有限公司签署了战略合作备忘录,在江苏省连云港市建设第二个SAF生产工厂。

此前,霍尼韦尔公司已经在中国投建了三个SAF项目,分别是嘉澳环保在灌云的100万吨/年SAF、东华能源在茂名的100万吨/年SAF项目、以及近期四川金尚在遂宁的30万吨/年SAF计划工厂。

北京大学能源研究院测算,预计2025年SAF的总潜在产能可达205万吨供应量届时可达中国当年航油总消费量的4.5%。

SAF在全世界处于短缺的状态,作为餐厨废油供应大国,中国在可持续生物燃料生产方面具备原料和市场禀赋,只待政策发力。

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