降低喷气航空燃料乙醇的碳强度（英）

26-03号问题简报，迈克尔·A·托曼、娜菲萨·洛哈瓦拉和Jhih-Shyang Shih著 — 2026年4月 可持续航空燃料（SAF）被广泛视为在近期至中期内对显著减少航空业温室气体（GHG）排放至关重要。国际民用航空组织（ICAO）已设定了到2050年实现净零航空排放的目标，包括欧盟和英国在内的多个地区已出台政策强制要求增加SAF的使用。美国为SAF生产商提供多种税收优惠。1尽管有这些政策信号，但SAF的生产量仍远低于满足ICAO长期减排目标所需的规模（ICAO 2025a）。 生物柴油及其他市场，引发了对其长期供应的担忧。相比之下，美国基于玉米的乙醇生产规模庞大，并得到广泛的农业供应链和加工基础设施的支持，这为利用成熟产业扩大可持续航空燃料（SAF）生产创造了可能性。如果道路运输中对乙醇的需求下降，而电动汽车市场份额上升，这种扩张对于乙醇生产商来说可能也更具相关性。分析还指出，乙醇捷运（ETJ）可能更具成本竞争力，部分原因是玉米原料通常比植物油便宜。 然而，分析指出了一个重要挑战：基于玉米的ETJ的生命周期碳强度（CI）。由于全球许多计划将燃料相对于化石航空煤油的估计碳强度（CI）作为资格条件或信用价值的衡量标准，因此碳强度（CI）是SAF政策中的一个核心指标。基于玉米的燃料的碳强度可能很高，这反映了化肥使用、农业能源、乙醇加工以及作物生产中潜在的土地利用变化所带来的排放。基于玉米的ETJ作为低碳航空燃料的潜在作用，取决于在不显著增加生产成本的情况下，其碳强度（CI）能够降低的程度。 目前存在多种技术路径可用于生产可持续航空燃料（SAF）。其中一种新兴选项是乙醇制喷气燃料（ETJ），它通过一系列化学工艺将生物质来源的乙醇转化为喷气燃料。由于乙醇生产技术已相当成熟——尤其是在美国——ETJ已被视为一种有望在近期至中期扩大SAF供应的途径。兰萨喷气（LanzaJet，该公司于2024年开始运营美国首个商业化规模的ETJ设施）、吉沃（Gevo）和峰汇下一代（Summit Next Gen）等公司正致力于发展ETJ技术。 洛哈瓦拉（2026）通过将其与目前最成熟的可持续航空燃料（SAF）技术——水处理酯和脂肪酸（HEFA）路线——进行比较，考察了基于玉米的（或“第一代”）乙醇-喷气燃料（ETJ）在SAF市场中的潜在作用。该路线能将脂质原料，如植物油和动物脂肪，转化为航空燃料。这项分析确定了几个使ETJ相对于HEFA引起关注的因素。首先，脂质原料有限，并且已经面临来自 我们考察了如何通过关注文献中识别出、在ETJ供应链中具有相对较大减排潜力的减排策略，来应对这一CI减排挑战。尽管这些策略可以降低排放，但它们也引入了额外的成本和基础设施需求，从而为ETJ的规模化扩大制造了障碍。 技术经济评估中的折现现金流分析；它未考虑政策激励或包含在最终销售价格中的下游成本。与实验室研究相比，我们的估算包含了某些额外的相关成本要素。第三，我们针对所考虑的选项，相对于化石航空燃料，提出了减排边际成本的估算。最后，我们讨论了估算中的关键实施挑战和不确定性，以及这对ETJ在减少航空排放中作用的影响。 1. 接近 为探讨其中的权衡，我们借鉴了美国国家可再生能源实验室（NREL）和阿贡国家实验室（Uddin等人，2025年；简称“实验室研究”）的研究。该研究提供了几种生产基于玉米的ETJ策略的碳减排潜力和增量成本的估算。我们通过纳入附加成本要素，并考察将这些策略大规模部署的实际限制，来扩展这项分析。 生命周期排放评估和技术经济评估可能因基本假设的差异而有所不同。然而，实验室研究提供的估计很好地说明了与降低玉米ETJ的CI相关的可能性和挑战。 本研究采用阿贡国家实验室开发的温室气体、受管制排放物及技术能源使用（GREET）模型2024研发版，旨在估算生命周期碳强度（CI）。我们关注实验室研究发现的有效降低首次发电碳强度的策略，包括种植覆盖作物以增加土壤碳含量、在乙醇厂使用低碳能源，以及防止乙醇发酵过程中产生的二氧化碳（CO2）逃逸到大气中。 为解读实验室研究的结果，我们首先注意到一些基准值。根据2024年的研发GREET模型，该研究使用第一代基于玉米的ETJ生产，在无额外减排措施的情况下，单位MJ的碳排放强度（CI）为69.1克二氧化碳当量（gCO2 MJ）；其中，有9.0 gCO2归属于间接土地利用变化。该估算值比化石喷气燃料（89 gCO2 MJ）约低22%。 我们借鉴实验室研究，为玉米基ETJ考虑的CI减排策略呈现了若干指标。首先，我们报告了与每种策略相关的估计CI减排量。其次，我们报告了完全收回成本所需的相应“最低可行销售价格”——这是对燃料生产成本的自下而上估算，计算方法为。 基线碳强度（CI）的估算值因建模选择而异。实验室研究中的估算值低于美国玉米ETJ、e/MJ在《国际航空碳抵消和减排计划》（CORSIA）中使用的CI（参见ICAO 2025b）。该CORSIA值为90.8克二氧化碳当量。 2.降低原料种植的排放 估算包括了间接土地利用变化带来的远高排放（见表1）。然而，基准情景下碳强度（CI）的差异并不影响后续提出的额外措施所带来的碳强度（CI）减排的绝对幅度。 一种选择是采用增加土壤碳储存的农业实践，这也能提高农业生产力。实验室研究表明，覆盖作物可以减少基于玉米的ETJ的CI，减少量为e/MJ（表2）。这反映出当覆盖作物被翻压入土时，土壤碳增加了大约19 gCO2。实验室研究评估认为，覆盖作物将最低必要销售价格提高了0.15美元/GGE，这是基准值的5%。然而，它也与其他农民的用时会竞争，并可能减少现金。 实验室研究计算了基准玉米基ETJ在2023年美元下的最低成本回收销售价格为每加仑汽油当量3.00美元。这是用于评估通过增加减少CI措施来提高最低可行销售价格参考值。2025年Jet A的批发价格（同样以2023年美元计）平均约为1.79美元，比基准ETJ的最低成本回收价格低约40%。 作物产量（Sawadgo和Plastina，2022年）。这些因素提高了覆盖种植的机会成本，并成为采用覆盖种植的阻碍因素。 预计约为每吨二氧化碳排放量0.04美元。然而，这一捕获的二氧化碳成本不包括管道运输和地质储存的费用。 为说明这些额外成本的可能规模，我们根据二氧化碳管道运输的平准化成本，对500英里的运输进行了估算。（该成本将初始资本投资转化为年度价值，并加上 recurring 的运营费用。）我们以一家年生产1亿加仑乙醇的工厂为例（这是美国大多数工厂的粗略平均水平，EIA 2025），该工厂通过发酵每年产生约30万吨二氧化碳，以此估算每吨二氧化碳的成本。 增加土壤碳的缓解效益仅会随时间累积。此外，土壤碳的增加并不一定是永久性的：如果农民停止采用这些耕作方式，土壤碳含量可能会下降（Nematian and Scown 2025）。因此，归因于覆盖种植的长期减排效果仍然不确定。 3.将加工厂能源中的化石天然气替换为可再生天然气 根据国家能源运输成本模型技术实验室的CO2（Morgan等，2024）中的默认假设，我们假设管道直径为8英寸，单位资本成本为每英寸英里54,400美元，项目寿命为20年；我们还假设折现率为10%。管道的年固定运营和维护成本假设为初始投资的2.5%，增压泵的假设为4.0%，变动费用为每吨2.04美元。在这些假设下，我们的估算是吨CO2（以2023年美元计）。为说明该数字对假设的敏感性，如果资本成本降低三分之一，成本约为101美元/吨CO2，如果折现率为12%，则约为146美元/吨CO2。 另一个选项是在加工厂中将化石天然气替换为来自动物粪便的可再生天然气。实验室研究表明，这可以将基于玉米的ETJ的碳强度降低约64 gCO2/MJ，这反映了在厌氧粪便分解过程中避免的甲烷排放，并且甲烷是一种比二氧化碳效力大得多的温室气体。然而，正如该研究指出的，可再生天然气成本高昂。此外，其供应受限于可有效收集并投入消化器的粪便数量。实验室研究评估认为，这种替代将使相对于基准值（近1.00/ GGE）的最小必要销售价格上涨三分之一。 最后，我们通过平均Rubin等人（2015年，表13）中提供的数值，假设地质储存成本约为每吨13美元。这得出综合成本，即运输和储存成本约为每吨二氧化碳147美元或每加仑乙醇0.44美元。鉴于ETJ的GGE需要约1.5加仑乙醇，使用CCS覆盖CO2的ETJ GGE的运输和储存成本增加约为0.66美元。再加上净化和压缩捕获排放的0.04美元/GGE成本，总成本约为0.70美元/GGE，比基准值高约23%。 4.在乙醇发酵中增加碳捕获与封存 (CCS) 实验室研究估计，捕获乙醇发酵过程中产生的CO2流并将其运输到超长期地质储存设施，可将乙醇生产的生命周期碳强度降低约e/MJ。由于这种CO2是“生物成因的”——即抵消了原料生长吸收的32克CO2——阻止其释放到大气中会产生“负排放”。与许多工业源相比，该CO2浓度较高，这降低了捕获成本。 尽管这一估算取决于特定的假设，但它表明，管道运输和储存能力的成本远高于纯化和压缩的成本。对于规模较小、规模经济效应更少的基础设施，这些成本可能会更高。这为管道提供了 incentive，使其将大规模乙醇设施建在靠近二氧化碳和地质储存设施的地方（Gevo 正在追求这一点）。 该实验室研究估计，为收回纯化和压缩的成本所需的提价幅度为 回收成本所需的每GGE价格在0.49至2.38美元之间，或为基准值的16%至79%，具体取决于可再生电力的成本。该研究指出，这可能为每千瓦时0.02至0.10美元。进一步的成本降低则取决于气体发酵技术的显著进步（De Luna等人，2019年）。 然而，这样做可能需要将原料运输到更远的距离，这将增加碳强度和生产成本。 例如，根据美国乙醇联盟（非日期）的在线计算器，将玉米运输额外100英里将增加e/MJ的CI。使用美国农业部（2025年，表4）提供的乙醇谷物卡车运费率，约为每加仑~2.1克CO2，卡车载重55,000磅，每蒲式耳玉米56磅，每蒲式耳乙醇2.8加仑，我们估计将原料运输100英里将使乙醇成本每加仑大致增加0.15-0.19美元，或每GGE的ETJ大致增加0.22-0.28美元（均为2023年美元）。 6.ETJ减排的边际成本 表2还显示了在不同CI减排选项下，ETJ相对于化石喷气燃料的减排边际成本。该指标表明，使用ETJ替代传统燃料，避免一吨二氧化碳的成本是多少。它是通过将不同策略下生产ETJ的增量成本（相对于化石喷气燃料的价格）除以生命周期CI的减少量来计算的。所显示的估算值（以2023年美元计）假设化石喷气燃料价格为2.50美元。如上所述，随着2025年平均化石喷气燃料价格为1.79美元，边际成本估算值将更高。 共享交通基础设施的接入可以降低这些成本。例如，Summit Carbon Solutions 提出了一套管道网络方案，旨在收集来自中西部各州乙醇厂的二氧化碳排放，并将其输送到地质储存设施。如果此类网络得以实现，它们可以通过跨多个设施的排放汇集以及共享干管基础设施来降低单位成本。 在讨论的各个选项中，估算的边际成本 e.4 为了比较，基准ETJ（指代未明确，可能为特定技术或项目）在不采取额外减排措施的情况下为每吨二氧化碳142至478美元，而边际成本为每吨二氧化碳213美元。然而，实验室研究并未报告将碳捕获与封存（CCS）应用于乙醇发酵的边际成本综合数据。但是，使用其方法并结合我们粗略估算的运输（500英里）和二氧化碳封存成本计算，得出的边际成本为每吨二氧化碳175美元。 5.将碳捕获与利用（CCU）技术应用于乙醇发酵 另一种选择是利用高质量的捕获排放物来生产额外燃料，而不是储存二氧化碳。实验室研究评估了添加生产绿色氢气设施以及通过将其与二氧化碳“气体发酵”结合生产乙醇的影响。3 该过程能耗高；研究假设该设施完全由可再生（零碳）电力供电。 7. 展望 所