2023可持续航空加油行业白皮书-可持续航空燃料和氢能

霍尼韦尔（中国）有限公司可持续发展研究院低碳中心出品 观点 可航持空续航业空脱燃料碳（SAF霍）和尼氢韦燃料尔的观对比点分析 每年 航空业碳排放 约占全球碳排放总量的 3% 大约10亿吨二氧化碳当量 每年，航空业产生的碳排放约占全球碳排放总量（大约10亿吨二氧化碳当量）的3%1。为减少温室气体排放，政策制定者、政府、行业组织和监管机构积极制定规则和奖惩措施，以期通过政策“组合拳”推动行业进一步脱碳，其中大多数都将2050年设为实现碳排放强度（C.I.）大幅度降低的目标时间点。 航空业减少温室气体排放和降低运营总碳排放强度主要有三条途径：可持续航空燃料（SAF）、氢气和电气化。本文主要就SAF和氢气作商用航空的两种主要燃料来源进行分析。 在过去几十年中，霍尼韦尔已经助力将可持续航空燃料变为现实。2009年，霍尼韦尔领导审批委员会2提交了将HEFA-SPK（加氢处理的酯和脂肪酸—合成链烷烃煤油）作为航空涡轮燃料列入美国试验和材料协会（ASTM）标准《ASTMD7566附件2》的申请，并于2011年7月获批。随后，霍尼韦尔与美国国防部合作，就美国海军和空军使用SAF给予了证明。2012年，AltAirFuels燃料公司安装了首个采用霍尼韦尔UOP技术的商业可再生喷气燃料生产装置；2016年，美国联合航空公司成为第一家在定期航班上使用SAF的商业航空公司；2021年12月，首架100%使用霍尼韦尔UOP的Ecofining™工艺生产的SAF驱动的飞机由美国联合航空公司实现了历史性的首飞。 霍尼韦尔UOPEcofining™技术可以将11种生物基原料（如动物脂肪、废食用油、黄色油脂）转化为可再生柴油、可持续航空燃料和绿色石脑油。截至2022年，该技术已授权32次，目前已在6家工厂运行。霍尼韦尔认为，SAF是全球航空业脱碳的优秀选择。 1根据国际能源署航空排放数据 2HEFASPK委员会2011年7月批准《ASTMD7566附件2》 为可持可续持航续空航燃空料加和油氢能航空燃料对技术、经济和环境的影响 目录 航空业脱碳霍尼韦尔观点 可持续航空燃料（SAF）和氢燃料的对比分析2 摘要4 可持续航空燃料5 1.原料可用性5 2.碳排放强度6 3.基础设施再利用8 4.对比氢气的结构价格优势8 5.航空旅行需求的非弹性特征10 氢燃料11 1.氢气的能力优势11 2.体积能量密度障碍11 3.支持基础设施11 4.氢气、传统JetA与SAF的碳排放强度对比12 市场发展路标13 霍尼韦尔—推动航空运输的未来14 对可持续发展的承诺15 │4 摘要 摘要 目前，通过加工脂肪、油和油脂（统称为“FOG”）生产的SAF已被视为一种成熟的生产路线，但预计原料供应量仅够满足2030年之前的需求3。2030年以后，乙醇制航空燃料（ETJ）和生物质制液体燃料（BTL）等其他SAF路线将成为下一批能够满足SAF需求的可行原料，其原因主要在于三方面： 1 低碳排放强度下 原料的可用性 2 再利用的潜力 基础设施 3 与氢气相比的 结构价格优势 尽管氢气具备一些有吸引力的物理特性（例如：高比能、当配送网络成熟时具备极低生命周期排放潜力），但要实现商业化规模，还需要应对几个挑战：一是飞机燃料需要液态氢以满足操作和安全要求；二是液态氢的低体积能量与常规喷气燃料相比，需要约四倍的体积4；三是现有飞机和配套基础设施（如压缩、管道和储存）需要扩充；四是氢液化需要新的投资。此外，其他难以减排的行业（如钢铁和水泥制造业）对氢燃料的争夺也可能会导致低C.I.氢（即低碳氢/蓝氢和可再生氢/绿氢）的市场价格上涨。可再生氢的可用性可能会受到电解槽调试速度和电网脱碳速度的限制，后者也会受到其他行业电动化步伐的影响，导致电力总需求增加。 3根据霍尼韦尔内部市场分析和预测 4根据美国能源部丨氢储存-按体积计算数据 4│ 可持续航空燃料 1 原料可用性 美的方国式每收年集能大够约以可持续 10亿千吨生物质 转化为 的低C.I.燃料 可减少碳排放 80%~94% 超过500亿加仑 虽然FOG工艺从技术角度看已经成熟，但内部分析表明，其原料供应量仅能满足2030年之前的需求。为了让SAF作为航空脱碳载体被广泛应用，增加低 C.I.的产量至关重要。在使用当前原料和当前农业工艺的情况下，要满足未来的SAF需求，需要将用地数量增加至原来的两倍。然而，随着农业实践的不断发展和利用糖或生物质作为原料的下一代生产路线的不断改进（例如ETJ和BTL），未来对产量和降低C.I.方面的需求都可以得到解决。因此，满足SAF增量需求所需的额外用地预计将远少于第一代原料生产所需的用地。 糖和生物质原料都比FOG更丰富。根据美国能源部生物能源技术部门的一项研究，美国每年能够以可持续的方式收集大约10亿千吨的生物质，这些生物质可以转化为超过500亿加仑（约1900亿升）的低C.I.燃料5（可减少80%~94%碳排放）。此类生物质资源包括木材加工废料、农业和林业残留物、专用能源作物、油籽和城市固体废物流等。这些原料加在一起可以满足美国航空业和其他运输方式对普适性低碳燃料的燃料需求，同时还可用于生产高价值的生物产品和可再生化学品6。用于SAF生产的生物质作物可以在农闲季节种植，帮助农民赚取额外收入、减少土壤养分损失、改善土壤和水质，并有助于控制土壤侵蚀。 5美国能源部生物能源技术办公室SAF生物质报告 6美国能源部能源效率和可再生能源办公室，可持续航空燃料、生物能源技术办公室 前述生物质中的一部分已经转化为乙醇，用于美国国内燃料消费。美国种植的玉米大约有40%用于生产混合燃料中的乙醇（年产能超过175亿加仑，其中11亿加仑为过度生产7）。随着电动汽车的不断普及，还将有更多的乙醇通过乙醇制航空燃料（ETJ）工艺被转化为航空燃料。根据爱迪生电气研究所和国际能源署的数据，到2030年，电动汽车将占到美国公路轻型车辆总数的10%左右（约2700万辆8，当前为130万辆9）。此外，《企业平均燃油经济性标准》（CAFE标准）对于车辆每加仑燃料必须行驶的里程数也有相关规定。该标准未来将提出更高的燃油效率要求，并将导致汽油需求的下降。假设减少10%的汽油需求，那么到2030年，每年将释放出约16亿加仑的原料产能用于生产航空燃料。 2 碳排放强度 SAF的碳排放强度高度依赖于以下变量：生产路线（也称“转化”，包括传统石油精炼、HEFA、ATJ酒精制喷气燃料、ETJ乙醇制航空燃料）、原料类型（如玉米、甘蔗、棕榈、大豆）、农业实践和运输基础设施（如卡车、货船）。例如，在传统炼油厂中，使用原油制成JetA航空燃油的C.I.约为85~95克CO2e/MJ10。相对而言，ETJ路线（注意：预计到2050年，ETJ将占总供应组合的约50%）生产的SAF的生命周期C.I.在约24~78克CO2e/MJ11的范围内。这一巨大差异可以归因于原料的选择：使用巴西甘蔗生产的SAF或通过加工林业残留物生产的SAF，其全生命周期C.I.约为24克CO2e/MJ，而使用美国玉米生产的SAF的生命周期C.I.约为78克CO2e/MJ12。 原油制成 JetA航空燃油 C.I.约为 85~95克 CO2e/MJ ETJ路线生产的 约24~78克 CO2e/MJ SAF的生命周期C.I. 尽管甘蔗和林业残留物生产路线具有相似的总生命周期C.I.值，但两者的C.I.在整个价值链上的分布却截然不同。例如，使用甘蔗作为ETJ原料时，约80%的排放主要来自上游活动（如农业、采集）和间接改变土地用途（ILUC）。与这些活动相关的排放量也被列入国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA），称为“核心LCA值”（核心生命周期评估值）13。使用甘蔗生产SAF，仅生产流程产生的C.I.占总C.I.的15%，约4克CO2e/MJ14。相对而言，使用林业残留物生产SAF时，80%的C.I.来自生产流程，并且没有来自ILUC的C.I. 7美国能源信息管理局丨生物燃料解释，乙醇中的数据 8爱迪生电气研究所数据 9IEA发布2022全球电动汽车报告 102021国际清洁运输理事会发布数据 11美国阿贡国家实验室，迎宾航空模块2022年修订版数据 12美国阿贡国家实验室2022年发布GREET模型数据 132021国际清洁运输理事会发布数据 14美国阿贡国家实验室2022年发布GREET模型数据 生产的SAF，其生命周期 使用玉米原料的ETJ转换 C.I.大约为 78克CO2e/MJ 产生的温室气体 比林业残留物 多出2~3倍 罚分。部分转换路线（例如基于芒草和柳枝稷等草本能源作物的路线）会产生负的ILUC分数。负ILUC分数会降低整体核心LCA值，从而使其成为温室气体排放强度较低的燃料。C.I.范围值较高的一端是使用玉米原料的ETJ转换生产的SAF，其生命周期C.I.大约为78克CO2e/MJ15，产生的温室气体比林业残留物多出2~3倍。玉米乙醇生产的C.I.大约45%来自价值链的生产部分。与玉米相比，巴西的乙醇精炼厂能够通过燃烧甘蔗渣来获取能源，并通过使用更少的土地种植甘蔗来降低其生产C.I.。然而，巴西甘蔗乙醇生产会造成雨林遭受砍伐以让位给更多的农田的后果。 通过费托合成途径生产的其他生物质衍生SAF，其生产部分的C.I.范围为6~36 克CO2e/MJ16。林业残留物和城市固体废物的C.I.分别为6克CO2e/MJ和14克CO2e/MJ，而柳枝稷的C.I.为36克CO2e/MJ。改变土地用途（LUC）是柳枝稷C.I.值较高的主要原因，因为它需要在耕地上种植，会占用其他作物的土地，而林业残留物和城市固体废物是当前生产过程或商品消费所产生的废物17。 国际民用航空组织（ICAO）确定了符合CORSIA标准的燃料的CORSIA默认生命周期排放值。基于CORSIA默认生命周期排放值，飞机运营商可以宣称在给定年份使用了符合CORSIA标准的燃料而减少的排放量。另外，借助CORSIA框架，燃料生产商还可以计算SAF的实际生命周期排放值，以宣称生命周期排放值低于提供的默认值，前提是炼油厂可以用可量化的指标和支持性数据正确验证其工艺流程。计算实际值的详细方法详见ICAO文件“计算实际生命周期排放值的CORSIA方法”。计算和认证实际C.I.值的过程需要第三方认证机构的参与，整个过程可能需要12~18个月的时间。 15美国阿贡国家实验室2022年发布GREET模型数据 16美国阿贡国家实验室2022年发布GREET模型数据 17美国阿贡国家实验室2022年发布GREET模块数据 3 基础设施再利用 与氢能燃料相比，SAF的优势在于当下就能够获得合理的产出，且现有基础设施非常适合SAF燃料的运输和配送。鉴于飞机的使用寿命一般在30年以上，目前正在生产或交付的飞机可能到2050年之前都不会退役。SAF作为一种普适性燃料，其应用几乎不需要对发动机进行任何改装，也/或不需要改变飞机内外的燃油储存方式。这对航空公司的日常运营几乎不会带来影响，也就意味着航空公司现在就可以开始实施脱碳。随着生产能力的提高和更先进工艺技术的应用，SAF的部署范围可能更加广泛，价格可能进一步降低。 低C.I.氢 来源有两种 生通产过的甲烷蒸汽重整工艺 低碳氢 解可生产再的生能源供电的电 可再生氢 由于汽油需求下降，世界各地的炼油厂也在寻求如何重新充分利用现有设备进行生产转型，其中SAF和可再生柴油转型在经济上对炼油厂非常具有吸引力。这些资产已经完全资本化，并拥有向市场供货所需的必要基础设施。在作出最终投资决定后，炼油企业可以在两年内完成改造并重新利用这些资产，这为企业提供了大规模生产生物燃料并快速上市的解决方案。 例如，某个改造项目利用Ecofining™技术，通过为期18个月的改造，把之前未被充分利用的传统化石燃料资产重新利用改造成为了产量超过7000BPD （桶/日）的生物燃料装置。 4 对比氢气的结构价格优势 低C.I.的氢的来源有