地沟油飞上天:航空业的科技与狠活

作者: 差评君

来源: 公众号:差评

发布日期: 2022-11-20 10:55:50

文章介绍了航空业使用“地沟油”作为可持续航空燃料(SAF)的现状、技术可行性、面临的挑战以及未来的发展前景。尽管SAF在减排方面具有显著效果,但其高成本和原材料短缺问题限制了大规模应用。文章还提到了各国政府和企业的努力,以及中国在SAF领域的进展。

最近,“科技与狠活”这个词在美食视频底下相当火,各种评论如“我反手就是一勺三花淡奶”、“这么好吃肯定用了海克斯科技”层出不穷。但食品添加剂算哪门子“科技与狠活”?今天我们就带大家见识见识真正的科技与狠活:用“地沟油”开飞机。你别不信,据IATA(国际航空运输协会)公布的数据显示,全球至今已经有超过450000架次航班使用过“地沟油”飞行了,甚至你可能在不知情的情况下都坐过“地沟油”航班了。

这大家伙可就纳闷了,前两年不还在担心地沟油被送上餐桌,怎么眨眼间“地沟油”都飞上天了?

在进入主题前,我们先问问大家,交了这么久的燃油附加费,是不是还有不少人压根不知道飞机用的燃油是啥?其实,飞机用的燃料是航空煤油。你没有听错,飞机上天用的就是煤油,虽然和煤油灯里的煤油天差地别,但归根结底还是煤油。可明明我们煤油灯都不用了,为什么飞机上还要用煤油,不能用汽油吗?

其实飞机上用过汽油的,最早大规模投入使用的航空发动机都是活塞式发动机,它们和如今的燃油车里的发动机没什么区别,所以也是用的汽油。但后来,飞机发动机鸟枪换炮用上了涡轮式发动机,就对燃料提出了新要求,于是汽油就被煤油抢走了C位。

汽油不能胜任涡轮式发动机原因很多,比如安全问题。液体燃料安全性的重要衡量标准是闪点(Flash Point)。

在常规情况下,液体燃料会挥发,与空气以一定比例混合,这个组合在超过某一温度后遇到明火就会爆炸燃烧,那么我们就叫这个温度为闪点。所以闪点高,燃料的安全性就好,闪点低,燃料就不安全。目前世界民航主要用的是Jet A-1航空煤油,闪点为38摄氏度,而汽油的话,闪点只有-45度(这也是为什么加油站附近会严禁明火)。

另外,航空煤油比汽油密度大。密度大就意味着在相同体积的情况下,航空煤油烧起来释放的能量更多。对于飞机来说,重个几十公斤没啥问题,可油箱大小很难调整,所以密度大的煤油再下一分。汽油被排除了,那柴油有没有机会呢?要说密度和闪点,柴油比煤油都更高,可柴油本身就有巨大缺陷。最主要的问题是柴油在低温下流动性不足,很容易黏住,导致发动机无油可用。

在寒冷地区的卡车司机,就会在不同温度情况下使用不同标号的柴油,比如东北会提供-35号和0号两种柴油。-35号就是专门为了应付冬季-30度的温度下准备的油品。而飞机动辄要在万米高空飞行,工作温度在-50-40度之间,所以柴油也就被否决了。还有一些比如洁净性、腐蚀性等其他七七八八的限制条件,使得航空煤油最终成了飞机的燃料首选。

本以为事情就这么结束了,汽车用汽油、卡车用柴油、飞机用煤油,大家都有光明的未来。但当国际碳中和的大势袭来,航空业就发了愁。说起来航空业也是勇,一边在挠头一边又要那在吹牛。早在2021年,IATA就承诺了要到2050年实现净零碳排放,10月初结束的国际民航组织大会第41届会议上,大家又硬着头皮再次重申了承诺。可每次放下狠话,转过头就又跟各路媒体哭诉,说航空业减排难度太大成本太高。

现实是,只占全球碳排放2%的航空业,确确实实是个减排困难户。相比之下,真正的排放大户汽车行业,早就风风火火地整起了各种新能源,什么电能、氢能、甲醇,减排声势飞起。但航空领域,新能源替代品还真没那么好找。比如电动飞机、氢能飞机的概念虽然扯了很久,但在目前的设计下还没法投入使用。所以航空业就只能试试新的航空器技术、精简下航班运行,但这些能提供的减排量属实有点可怜。

于是,IATA只能把主意打到了SAF(Sustainable Aviation Fuel)上,SAF也称可持续航空燃料,广义上指的是任何飞机能用的、比化石燃料环保、可持续循环的燃料。但现阶段,其实就是从类似前面说的地沟油或者其他废油、动植物作物里精炼的燃料。需要注意的是,用了SAF并不代表飞机就不会排放碳和其他污染物。只是说,SAF相比现有航煤,理论上可以降低80%的碳排放。

正是因为有这么高的减排效果,所以现在全世界航空业都押宝SAF,甚至直接把减排计划里65%的份额都交给了SAF。在技术层面看,从生物质中提炼燃料并不是很难的事。比如将油与甲醇、乙醇混合,通过催化剂进行反应就能生成生物柴油。类似的,从生物质中炼取航空燃料,也不是难题。

早在2007年,美国就有团队实现了将油脂转化为航空燃料;2011年时,荷兰皇家航空公司已经把SAF加进商业航班里;2012年6月,荷兰航空的“地沟油”航班都开始飞洲际航线了。

截止到今年,成熟地制取SAF的技术路径有足足7条。全球已经有超过50家航空公司拥有使用SAF的经验,而且从已有的数据看来,使用SAF的航班相比传统航班没有任何明显问题。这也就说明了,SAF完全可以大规模应用。

可这都十几年过去了,怎么还是雷声大雨点小呢?这个SAF还真不是说换就能换的,最直接的问题就是,SAF太贵了。如今市面上的SAF价格是普通航空煤油价格的2-4倍,可作为买家的全球航空公司们,在过去两年亏损将近2000亿美元。

这种局面下航空公司们也不是冤大头,他们是真有一头牛啊。可SAF为什么会卖这么贵,主要原因就是产量完全不够用。据国际航空运输协会估计,目前SAF年产量只有1亿升,而要实现帮助航空业减排65%的份额目标,至少需要4490亿升年产量。尽管全球SAF行业都在努力新建设施以扩大生产规模。但这扩建速度和已有的从石油中提炼传统航空燃料的工业设施相比,九牛一毛都还显得保守了。

我们姑且给SAF产业加上个buff,假定它的建设速度足以媲美中国的基建速度,那新问题又来了:原材料不够。这就有意思了,SAF的原材料取材面其实很广,什么地沟油、大豆、棕榈、油菜籽、动物脂肪等等全都是,但原材料还是不够。为什么这么说呢,首先SAF的原材料里,最受关注的地沟油,现在已经被生物柴油产业链包圆了。在国外,“地沟油”的回收已经相当产业化,回收后地沟油经过提纯可以做成生物柴油、肥皂等等。

可就是光光这些用途,欧美地区的地沟油就已经不够用了。原材料短缺使得国外常常出现一些奇怪的现象:你时不时能看到小偷跑到酒吧、麦当劳不偷钱不偷吃,反而偷“地沟油”的新闻,甚至还出现了以此为生的地沟油交易黑市。一桶“地沟油”涨价到8英镑后英国一家酒吧一周内被偷了两次油。没办法的欧洲市场,只能转头去其他地区买。

据报道,欧洲制作生物柴油的“地沟油”,有超过半数来自于亚洲。你别说,效果还不错。

2019年时,马来西亚和泰国足足给英国贡献了9500万升地沟油。印尼工人正在运输地沟油。亚洲人民卖垃圾赚到了钱没了垃圾,欧洲人民拿到了原材料完成减排大计,一切看起来都其乐融融。这个时候,问题又来了。2019年马来西亚和泰国出口的9500万升地沟油里,9000万升来自3000万人口的马来西亚,500万升来自7000万人口的泰国。

这个不合常理的比例掀起一阵调查风波,最后才发现马来西亚出口的地沟油,其实是当地砍伐大量棕榈树制成的棕榈油。原来由于欧美政府的高额补贴和一些公益基金的赞助,导致西方企业到亚洲来收购时,“地沟油”的价格比棕榈油还要高,所以当地人就用棕榈油掺到地沟油里拿来卖。这个丑闻一曝光,东南亚各国和欧美政府对地沟油进出口的审查一下子严格起来了,原材料于是又不够用了。

本来如果将中国国内的地沟油考虑进原材料市场,能很大程度上缓解原材料短缺的问题。据国际可再生能源机构统计数据显示,我国每年产生的“地沟油”超过500万吨,占全球“地沟油”产量的三成以上。但现实情况是我国地沟油原材料端回收体系尚不完善,5.6%回收率只有美国的七分之一。而且,由于饮食习惯不同,我国的“地沟油”很不好用。固体杂质多、含水分高、酸性腐坏严重,预处理起来很费事。

如果用我国的“地沟油”当原材料,那成本就得再上一个台阶。所以没法子,地沟油一时半会都不够用,那用其他原材料行吗?前面不是说了大豆、玉米、油菜籽这些产物都能榨油吗?的确,大豆、玉米、油菜籽嘎嘎往下种,后面蹭蹭地长出来榨油,是挺好的。但问题是大豆玉米是国际主流粮食,如果高价收购这些作物,那就相当于是与人抢粮,这可是要出大问题的。

另一方面,看到高价,难免会出现农民们为了钱全跑去种SAF的原材料,最后也会影响国际粮食安全。粮价飞涨的话,那可就不是碳中和不碳中和的事了。毕竟万一出点事情,油可不能当饭吃。所以一直以来,欧洲地区都不允许使用粮食作物制取SAF。也有人提议开荒种棕榈树啥的,再拿这些原材料去榨油。可一算总账,光是开荒排放出的二氧化碳,就已经远远比SAF减排得多了,不就成了,为了环保反而反向环保了?

正是因为这些问题的存在,导致了SAF技术上可行,但却迟迟无法大规模推进的局面。当然了,SAF也还是有好消息的。如今越来越多的国家在陆陆续续出台相关政策来推进SAF产业的发展。前段时间,美国出台的《通胀缩减法案》里,就包含了针对SAF的专项税收抵免,还有2亿多美元对于清洁航空技术(包括SAF)的赠款。像加拿大就会对国内航班征收碳税,没用SAF的航班就会变相增加燃油成本,倒逼航空公司去用SAF。

民间力量里,很多公益基金也纷纷下场赞助,比尔盖茨旗下的气候投资基金Breakthrough Energy在10月19号将5000万美元资金直接赠予了美国的一家SAF工厂自由松燃料(Freedom Pines Fuels)。得到这笔资金后,自由松燃料明年就可以开始生产SAF,每年至少能生产900万加仑,这是目前美国SAF产量的两倍。而航空公司们,为了加快SAF替代速度,也想出了不少办法。

像法航、荷航和泛航,自己买不起SAF就让乘客买单,他们直接对进出法国和荷兰的航班征收额外的SAF贡献费。大家也别急着喷,其实石油涨价的时候,航空公司的燃油附加费会跟着涨的,这都是一个道理。所以,SAF贡献费出台后,大家也没有什么太大的意见,这倒也变相促进了SAF的推广。这么看下来,政府、企业、民众,大家推SAF真都挺努力的了,可在这种种现实问题面前,目前SAF大规模普及还是比较困难。

不过SAF有个利好消息,前不久中国国产的SAF已经上机交付飞行了,如果中国制造能顺利入局,凭借咱们的体量,好像上面的问题也不是很大嘛。再说了,万一哪天其他类型的SAF例如氢能、电能有了关键技术突破,那也就没“地沟油”啥事了,咱们还是走着瞧咯。

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