飛機(jī)是氣候殺手——這是一個(gè)痛苦卻不爭(zhēng)的事實(shí)，空中飛行是人類碳排放最嚴(yán)重的活動(dòng)之一。為了減少航空業(yè)的碳排放，全球政府和航空行業(yè)正再一次試圖將農(nóng)場(chǎng)廢料和廚余垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)楹娇杖剂稀?/p>

【資料圖】

全球資訊公司Markets and Markets的數(shù)據(jù)顯示，到2030年，全球可再生航空燃料(SAFs)的市場(chǎng)規(guī)模將可能達(dá)到近157億美元。

一次從紐約到倫敦往返的飛機(jī)旅行，每位乘客會(huì)排放近1000公斤二氧化碳，這個(gè)數(shù)字超過(guò)了布隆迪、尼加拉瓜等其它47個(gè)國(guó)家平均每人一年的二氧化碳排放量。每年，全球的飛機(jī)會(huì)排放約9.2億噸二氧化碳，約占全球溫室氣體排放量的3.5%。

位于美國(guó)的一家可再生航空燃料公司Alder Fuels的首席技術(shù)官Derek Vardon，希望一種神奇的液體能夠改變這種現(xiàn)狀。這種淡黃色、帶有惡臭的液體來(lái)自腐爛的食物垃圾（例如雞肉和希臘沙拉），是其中揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的短鏈分子集合。Vardon與其同事將揮發(fā)性的短鏈脂肪酸蒸發(fā)，利用氧化鋯顆粒將其編織成更長(zhǎng)的脂肪酸鏈，即酮。酮再由鉑顆粒連接在一起并被剝離掉氧原子，最終成為煤油，即噴氣燃料。

Vardon認(rèn)為，這種將食物以及其它不同形式的生物質(zhì)廢料轉(zhuǎn)化為燃料的工序，代表了航空業(yè)的未來(lái)，其也為航空業(yè)減少溫室氣體排放提供了最大的希望。據(jù)Vardon介紹，這種方式生產(chǎn)的航空燃料成本幾乎與產(chǎn)自石油的燃料相當(dāng)。而由于它所含的碳來(lái)自植物，植物能夠從大氣中固定碳，因此可再生航空燃料碳的凈排放量只相當(dāng)于化石燃料排放量的一小部分。

2021年秋天，美國(guó)聯(lián)合航空公司承諾從Alder公司購(gòu)買57億升可再生航空燃料，這是當(dāng)時(shí)航空行業(yè)類似交易中規(guī)模最大的一筆。

Alder并不是全球唯一一家生產(chǎn)可再生航空燃料的公司。近年來(lái)，在美國(guó)、中國(guó)、日本、新加坡、印度、芬蘭、瑞典、奧地利和加拿大等國(guó)，成立了十余家類似的生產(chǎn)可再生航空燃料的公司。

十多年前，全球有幾家公司試圖將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為車輛燃料，卻慘遭失敗。時(shí)過(guò)境遷，如今這些可再生航空燃料公司成功的可能性更大，部分原因是這些公司正在嘗試多種路徑，部分原因是航空公司急于尋找減少碳足跡的方法，幾乎沒(méi)有其它選擇。汽車可以裝載電池，但飛機(jī)卻需要液體燃料，因?yàn)橐后w燃料在給定的體積下能夠儲(chǔ)存更多的能量。

“駕著電池供能的飛機(jī)從美國(guó)飛往澳大利亞，可能短時(shí)間內(nèi)沒(méi)人做得到?！盇emetis的首席執(zhí)行官Eric McAfee說(shuō)，Aemetis是一家將木材廢料和廚房油脂轉(zhuǎn)化為可再生航空燃料的公司。

轉(zhuǎn)變已經(jīng)開(kāi)始。除美聯(lián)航外，全球十幾家航空公司已承諾在未來(lái)幾年內(nèi)共同購(gòu)買約210億升可再生航空燃料。2008年，可再生航空燃料首次與化石燃料衍生的煤油混合用于航空公司的航班。2021年12月，美聯(lián)航從芝加哥飛往華盛頓特區(qū)的航班成為第一架100%使用可再生航空燃料的客運(yùn)航班。

幾乎每個(gè)美國(guó)的汽車司機(jī)都向他們的油箱中注入過(guò)一些可再生燃料。在美國(guó)，這是由玉米顆粒制成的乙醇。目前美國(guó)每年生產(chǎn)約590億升玉米乙醇，但種植和收獲玉米需要大量化肥和其他能源密集型的投入，這使得其氣候效益微不足道。

由玉米秸稈、森林腐殖質(zhì)和其它廢碳制成的“纖維素乙醇”（?Cellulosic ethanol）本應(yīng)改變這種狀況。農(nóng)場(chǎng)和森林廢物含量豐富且價(jià)格低廉，企業(yè)使用微生物酶將其轉(zhuǎn)化為糖，利用酵母發(fā)酵糖，其后就能夠獲得燃料。它們的氣候效應(yīng)同樣令人信服。與等量的化石燃料相比，玉米乙醇的二氧化碳排放量能減少20%至40%;?由廢棄生物質(zhì)制成的乙醇可減少90%?二氧化碳的排放。

美國(guó)國(guó)會(huì)在2005年制定了可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)，以開(kāi)發(fā)乙醇和其他車輛可再生燃料市場(chǎng)，在此之后，這個(gè)領(lǐng)域已有數(shù)十億美元投入。但根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）的數(shù)據(jù)，2021年美國(guó)全國(guó)生產(chǎn)的纖維素乙醇不到100萬(wàn)升。

2014年，一家名為Project Liberty的工廠在美國(guó)愛(ài)荷華州埃米茨堡（Emmetsburg）創(chuàng)建，其耗資2.75億美元，主營(yíng)業(yè)務(wù)是將腐爛的玉米秸稈和玉米棒在內(nèi)的農(nóng)場(chǎng)廢物轉(zhuǎn)化為乙醇，以混合汽油使用。工廠的技術(shù)研發(fā)取得了成功，但工廠卻于2020年倒閉，2021年，Project Liberty的所有者轉(zhuǎn)向生產(chǎn)洗手液。

行業(yè)的案例顯示，大規(guī)模制造纖維素乙醇目前尚缺乏具有可行性的方法。大多數(shù)生物質(zhì)廢料含有大量的水，用卡車將它們運(yùn)到加工廠成本高企；玉米的收獲期每年只持續(xù)約1個(gè)月，秸稈和其它廢料必須在一年內(nèi)剩余的時(shí)間里儲(chǔ)存，以提供給生物工廠，這將進(jìn)一步推高成本；微生物酶的價(jià)格不便宜；玉米秸稈和其它木質(zhì)生物質(zhì)經(jīng)常會(huì)堵塞研磨機(jī)器?！盎瘜W(xué)工業(yè)建立在處理液體和氣體的基礎(chǔ)上，”美國(guó)密歇根州立大學(xué)的生物燃料工程師Bruce Dale說(shuō)，“相較之下固體材料更難?！?/p>多管齊下希望避免重蹈覆轍

2021年10月，拜登政府野心勃勃地勾畫(huà)了一幅新藍(lán)圖，即到2030年，美國(guó)每年生產(chǎn)114億升可再生航空燃料，到2050年，可再生航空燃料100%滿足航空業(yè)的燃料需求，預(yù)計(jì)屆時(shí)產(chǎn)量將達(dá)到約1600億升。

為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，美國(guó)能源部生物能源技術(shù)辦公室(BETO)宣布為22個(gè)項(xiàng)目撥款近6500萬(wàn)美元，跟纖維素乙醇的“一條腿走路”不同，新的方案希望多管齊下，開(kāi)發(fā)多樣化的全新可再生燃料技術(shù)。

Aemetis公司正在北加州一個(gè)杏仁果園里建造一個(gè)大型化學(xué)設(shè)施。杏仁種植者通常每15至25年輪換一次樹(shù)木，這使得果園每年會(huì)產(chǎn)生超過(guò)200萬(wàn)噸的農(nóng)業(yè)廢料。此前農(nóng)場(chǎng)主會(huì)直接將這些廢料焚燒，但考慮到該地區(qū)的空氣質(zhì)量，這樣的做法正在逐步淘汰。Aemetis現(xiàn)在已經(jīng)跟果園簽訂合約，以每噸20美元的價(jià)格購(gòu)買這些廢物，并將使用一種“氣化”的高溫工藝從中提取氫氣。?公司首席執(zhí)行官Eric McAfe說(shuō)，該過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳將被捕獲并封存在地下。

公司將使用這些氫氣對(duì)植物油和動(dòng)物脂肪進(jìn)行化學(xué)處理。這種“加氫處理”將油分子（通常是具有三個(gè)或更多分支的碳?xì)浠衔铮┓纸獬芍挥幸粋€(gè)分支的鏈。接著通過(guò)“加氫異構(gòu)化”的下一步反應(yīng)，將這些鏈重新排列成構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)噴氣燃料（Jet A）的碳?xì)浠衔铩?/p>

可再生航空燃料的其他工藝路線也在噴薄而出。一家名為L(zhǎng)anzaJet的公司正在將城市垃圾、木材廢料和廢工業(yè)氣體轉(zhuǎn)化為乙醇，然后將其升級(jí)為噴氣燃料。公司首先從乙醇中剝離水分子，將其轉(zhuǎn)化為乙烯。然后將多個(gè)乙烯分子鏈接在一起，制成烯烴這種短碳?xì)浠衔?。烯烴通過(guò)與氫氣的進(jìn)一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為一系列碳?xì)浠衔?，包括煤油，最后再精煉成航空燃料?/p>

美國(guó)科羅拉多州的Gevo公司正在將玉米秸稈和其它農(nóng)業(yè)廢物轉(zhuǎn)化為異丁醇，然后將其升級(jí)為航空燃料。加拿大的Enerkem公司正在與殼牌公司合作，利用熱量和蒸汽將城市垃圾和其它原料轉(zhuǎn)化為合成氣——?dú)錃夂投趸嫉幕旌衔铮缓髮⑵鋬艋⑥D(zhuǎn)化為可再生航空燃料。

目前，所有這些技術(shù)路線都已經(jīng)過(guò)測(cè)試，并被美國(guó)測(cè)試和材料協(xié)會(huì)（負(fù)責(zé)航空燃料混合物的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)）批準(zhǔn)用于制造，從而混合到標(biāo)準(zhǔn)噴氣燃料中。工程師們表示，原料多樣性的好處之一，是能夠使得公司利用到當(dāng)?shù)爻杀咀畹土膹U料。

原料的多樣性也有助于提高燃料總體產(chǎn)量，從而滿足航空公司的需求。Derek Vardon預(yù)計(jì)，濕廢料，包括食物殘?jiān)?，每年可以轉(zhuǎn)化為150億升的可再生航空燃料；用氫氣處理脂肪、油和油脂則可再生產(chǎn)190億升；將城市垃圾和農(nóng)場(chǎng)垃圾轉(zhuǎn)化可能還會(huì)增加數(shù)十億升?？稍偕娇杖剂鲜袌?chǎng)看上去如此之大，“從廢碳中生產(chǎn)化學(xué)品和燃料需要在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都具有可行性，”LanzaTech公司負(fù)責(zé)政府關(guān)系的副總裁、化學(xué)家勞雷爾·哈蒙（Laurel Harmon）說(shuō)。

盡管如此，價(jià)格仍然是一個(gè)問(wèn)題。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change）的數(shù)據(jù)，目前，可再生航空燃料的價(jià)格是石油衍生煤油的三倍，技術(shù)和規(guī)?；a(chǎn)只能使價(jià)格下降到這種程度。NREL公司的生物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目經(jīng)理Zia Abdullah指出，將固體轉(zhuǎn)化為燃料比用液態(tài)石油需要更多的處理和加工程序，“這使得可再生航空燃料與化石航空燃料相比，不具備同樣的成本競(jìng)爭(zhēng)力?！盳ia Abdullah說(shuō)。

另一方面，雖然航空公司做出了氣候承諾，但它們可能不愿意接受清潔燃料所帶來(lái)的附加費(fèi)用，因?yàn)槿剂夏壳罢紦?jù)航空成本的30%左右。不過(guò)，包括全球290家航空公司在內(nèi)的國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（International Air Transport Association）已承諾采用可再生航空燃料，以實(shí)現(xiàn)到2050年使航空業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的承諾。不過(guò)，為了避免可再生航空燃料像之前的纖維素乙醇那樣凋亡，產(chǎn)業(yè)或許需要政府介入，美聯(lián)航首席可持續(xù)發(fā)展官Lauren Riley說(shuō)。

2021年7月，歐盟委員會(huì)提出了一項(xiàng)提案，要求燃料供應(yīng)商將可再生航空燃料混合到噴氣燃料中，這一比例要從2025年的2%上升到2050年的63%。2022年，歐盟可能會(huì)對(duì)該提案進(jìn)行最終投票。不過(guò)由十幾家飛機(jī)制造商，機(jī)場(chǎng)和燃料供應(yīng)商組成的一個(gè)航空聯(lián)盟認(rèn)為，僅靠指令遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，可再生航空燃料市場(chǎng)還需要政府的激勵(lì)措施才能蓬勃發(fā)展。

美國(guó)已經(jīng)在對(duì)激勵(lì)措施進(jìn)行探索。加州已有13年歷史的低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)（LCFS）體系，正使用信用交易機(jī)制對(duì)燃料供應(yīng)商進(jìn)行補(bǔ)貼：即與化石燃料的基準(zhǔn)排放量相比，燃料供應(yīng)商每減少一噸二氧化碳的排放，就能夠被支付150美元。（基準(zhǔn)燃料的排放量每年降低一次，使碳減排標(biāo)準(zhǔn)隨著時(shí)間的推移更加嚴(yán)格。）業(yè)內(nèi)人士說(shuō)，LCFS已經(jīng)對(duì)可再生燃料生產(chǎn)商產(chǎn)生了重大的推動(dòng)作用。

更多的變化還可能會(huì)在全美范圍內(nèi)發(fā)生。2021年，美國(guó)眾議院議員提出了兩項(xiàng)支持可再生航空燃料的法案。其中一項(xiàng)是，燃料供應(yīng)商在航空燃料中混入每加侖可再生航空燃料，只要與化石燃料相比，溫室氣體排放量減少50%，就能享受1.50美元稅收抵免。另一項(xiàng)法案，則將撥款10億美元用于支持可再生航空燃料工廠建設(shè)，并要求美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）為航空燃料市場(chǎng)創(chuàng)建一個(gè)類似加州的低碳燃料標(biāo)準(zhǔn)（LCFS）的國(guó)家計(jì)劃。目前兩項(xiàng)法案已在參議院得到了推進(jìn)，但卻在國(guó)會(huì)停滯不前。

業(yè)內(nèi)人士表示，未來(lái)可再生航空燃料產(chǎn)業(yè)能否成功，將取決于化學(xué)工藝、物流和政府政策的結(jié)合和配合，這不僅關(guān)系到投資者的資金，還關(guān)系到航空行業(yè)的前景，而對(duì)需要進(jìn)一步防止災(zāi)難性氣候變化的地球而言，其重要性也不言而喻。