【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著全球航空業(yè)向低碳轉(zhuǎn)型，可持續(xù)航空燃料(SAF)被認(rèn)為是最具潛力的減碳途徑之一，但目前其使用比例仍不足1%，主要受限于高成本。近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院趙明副教授課題組和哈佛大學(xué)教授邁克爾·麥克爾羅伊(Michael B. McElroy)等合作在航空環(huán)境影響研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出了一條兼顧“零廢城市”和“低碳航空”雙重目標(biāo)的路徑：將不斷增長(zhǎng)的城市生活垃圾(MSW)轉(zhuǎn)化為航空燃料。該研究基于工業(yè)規(guī)模的氣化與費(fèi)托合成數(shù)據(jù)，對(duì)MSW制SAF的全生命周期進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估。
 

　　當(dāng)前，全球正在積極探索加氫酯化與脂肪酸(HEFA)、氣化-費(fèi)托合成(FT)、酒精制航油(ATJ)以及電轉(zhuǎn)液體燃料(PTL)等多種SAF生產(chǎn)路徑。然而，這些技術(shù)大多起源于生物燃料產(chǎn)業(yè)，原料主要依賴(lài)糧食或飼料作物，存在土地競(jìng)爭(zhēng)、碳減排有限、供應(yīng)受限等問(wèn)題。目前唯一實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的HEFA路線(xiàn)因原料稀缺已在多國(guó)受限，而ATJ、FT雖然前景廣闊，卻因成本高、投資大、工藝復(fù)雜難以被大規(guī)模應(yīng)用。相比之下，以廢棄物作為碳源被認(rèn)為是更具可持續(xù)性的選擇。在眾多廢棄物原料中，城市生活垃圾(MSW)因收集體系完善、來(lái)源穩(wěn)定、無(wú)需額外耕地而極具潛力。然而，MSW組分復(fù)雜、含水量高、顆粒不均等特點(diǎn)使其氣化過(guò)程充滿(mǎn)挑戰(zhàn)。目前，多數(shù)研究仍停留在理論建模階段，缺乏基于真實(shí)工業(yè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
 

　　基于此，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合工業(yè)規(guī)模的氣化-費(fèi)托合成數(shù)據(jù)，系統(tǒng)評(píng)估MSW制SAF的減排潛力與技術(shù)瓶頸。研究旨在為“零廢城市”與“低碳航空”的融合提供切實(shí)可行的解決方案，展示將城市生活垃圾轉(zhuǎn)化為低碳航油的可行路徑。結(jié)果顯示，這一路徑比傳統(tǒng)航油可減少約80%~90%的溫室氣體排放，每處理1噸垃圾可減排超過(guò)170千克二氧化碳。如果在過(guò)程中引入綠氫，減排潛力還能再提高約50%。如果在全球范圍內(nèi)推廣，這一技術(shù)每年可生產(chǎn)逾5000萬(wàn)噸可持續(xù)航空燃料，帶來(lái)約16%的航空業(yè)減排潛力。以歐洲為例，研究估算的年產(chǎn)能(540萬(wàn)噸)已超過(guò)歐盟可持續(xù)燃料摻混要求，并符合其對(duì)非糧食原料的政策限制。經(jīng)濟(jì)分析還表明，在碳抵消與減排計(jì)劃(CORSIA)框架下推廣MSW制SAF，可在獲得補(bǔ)貼時(shí)顯著降低行業(yè)減排成本。
 

MSW-SAF的全生命周期溫室氣體排放評(píng)估
 

　　研究成果以“城市固體廢棄物制造可持續(xù)航空燃料”(Powering air travel with jet fuel derived from municipal solid waste)為題，于11月3日發(fā)表于《自然·可持續(xù)性》(Nature Sustainability)。
 

　　哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)博士后張敬然(清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2022屆博士畢業(yè)生)為論文第一作者。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副教授趙明和哈佛大學(xué)教授邁克爾·麥克爾羅伊為論文通訊作者。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院郝吉明院士、吳燁教授、張少君副教授、王放博士、陳兆佳博士、董衛(wèi)果博士，以及哈佛大學(xué)克里斯·尼爾森(Chris P. Nielsen)等在模擬方法和結(jié)果討論等方面提供了重要幫助。來(lái)自蘇州允清環(huán)境能源科技有限公司和中國(guó)神華能源股份有限公司的專(zhuān)家為研究提供了重要的專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)。