11類SAF，4大類工藝，其氫氣需求量有差異

近期，國際上對綠色航煤的意愿逐漸加強，美國財政部和國稅局發(fā)布了《通脹削減法案》可持續(xù)航空燃料（后文簡稱SAF或綠色航煤）稅收抵免指南，歐盟在推進SAF標準制定，國際航協(xié)也開始創(chuàng)建SAF可持續(xù)航空燃料登記名錄。

綠色航煤是使用可再生資源生產(chǎn)的低碳排放燃料。其原料來源可以是廢棄食物油脂、垃圾、生物質(zhì)、捕集二氧化碳等。相應(yīng)地，根據(jù)其原料來源、工藝特點等，可以劃分出多種技術(shù)路線。截至2024年7月，美國已通過允許了11種路線進行應(yīng)用。

部分綠色航煤或需要外來氫氣補充，而不同的技術(shù)路線，由于原料成分、工藝特點的不同，對氫的需求點、需求量有所不同。能景研究結(jié)合文獻等對綠色航煤的技術(shù)路線進行了初步梳理，以供參考。

此外，由于各國、組織協(xié)會等的要求或標準不同，且以美國ASTM體系為代表的標準幾乎每年都有新變化，暫不分析各技術(shù)路線的政策符合性。

01 綠色航煤：技術(shù)的關(guān)鍵在于產(chǎn)出含8~16個碳原子的碳氫化合物

航煤，學(xué)名“噴氣燃料”，是一種有著嚴格標準要求的燃料。航空煤油需要考慮保障航空飛行的安全性、發(fā)動機的壽命等多種因素，在中國國標GB 6537-2018《3號噴氣燃料》、美國材料與試驗協(xié)會標準ASTM-D1655等標準中，提出了組成、餾程、燃燒性、流動性（冰點）、潔凈性（膠質(zhì)含量、水反應(yīng)）、潤滑性等10余項大類指標。

傳統(tǒng)航煤為輕質(zhì)石油產(chǎn)品，是由數(shù)百種碳氫化合物構(gòu)成的復(fù)雜混合物。據(jù)美國DOE發(fā)布的報告，傳統(tǒng)航煤中的組分大多含有8~16個碳原子，主要有4項，正烷烴、異烷烴、環(huán)烷烴和芳烴。4種組分成分各有優(yōu)劣勢，互補形成合格的航煤。其中，中間2項（異烷烴、環(huán)烷烴）為主要燃燒成分。

綠色航煤則主要來自可持續(xù)原料，仍要求以碳、氫為主。現(xiàn)階段，出于發(fā)動機、飛行安全等考慮，中美均只允許在傳統(tǒng)航煤摻用一定比例的綠色航煤。同時，對成分/原料來源等有嚴格要求，中國目前僅允許2類綠色航煤技術(shù)（費托與油脂加氫），兩類均規(guī)定碳和氫元素占比要達到99.5%以上。

綠色航煤技術(shù)核心在于，如何從各種原料配合成一定比例的碳氫分子。能景研究總結(jié)其成分要求大概有以下幾點，一是組成分子含8~16個碳原子（混合物），而氧原子含量很低；二是組成分子中，分子不能僅是直鏈，需要帶一定的分支或成環(huán)；三是有一定比例的芳烴分子。

綠色航煤合成技術(shù)有十數(shù)種，主要為了得到4大類中間原料。綠色航煤的幾種不同原料，廢棄油脂、秸稈、固體廢物、樹木等，成分各不相同，配套的加工或預(yù)處理工藝也不相同，截至2024年7月美國ASTM體系已批準了11種技術(shù)路線。而不同原料經(jīng)過處理后，最終都為了得到用于合成SAF分子的中間原料。這些中間原料主要有4種：油脂、合成氣、醇、二氧化碳/氫等。

02 油脂或生物質(zhì)加氫：利用天然多碳分子，每生產(chǎn)1噸SAF約需要0.03~0.06噸外供氫輔助

該類技術(shù)利用天然生物成分合成SAF。天然生物油脂分子等已經(jīng)含有較多的碳和氫（主要15到18個碳），但是也帶有氧、硫等原子。通過催化加氫等反應(yīng)，可以脫除氧、硫等不需要的元素，同時進一步調(diào)整分子結(jié)構(gòu)、調(diào)整碳原子數(shù)量，以達到最適合SAF的分子結(jié)構(gòu)。

其原料主要來自動植物，對應(yīng)多種生產(chǎn)工藝。原料方面主要有2大類，一類是餐飲廢油、植物油、動物脂肪等油脂類，典型采用脂類和脂肪酸類加氫工藝（HEFA），對酯類成分進行提取然后加氫；二是木質(zhì)纖維、秸稈等，采用催化水熱解(CHJ)工藝，先催化分解成小分子，如烯烴、苯等數(shù)十種成分，然后加氫。根據(jù)IRENA數(shù)據(jù)，國內(nèi)年地溝油產(chǎn)量約558-1000萬噸，按此約對應(yīng)SAF產(chǎn)能200-500萬噸。

該類技術(shù)需要多次加氫處理，大多需要外部加氫輔助。該技術(shù)中天然分子的脫氧需要氫氣，后續(xù)的分子結(jié)構(gòu)調(diào)整等步驟也需要氫氣。而所采用的原料，尤其是油脂類原料，自身不能生產(chǎn)氫氣，因此需要外部供應(yīng)。對于油脂加氫，大約每生產(chǎn)一噸SAF需要氫氣約0.03~0.06噸左右（部分工藝或更低）。

03 合成氣（費托合成）：先氣化再合成，外供氫氣需求視工藝情況，生產(chǎn)1噸SAF最高需要0.1噸氫左右

該類技術(shù)類似于甲醇合成、煤制油等技術(shù)。首先對含碳的固體原料進行氣化，得到合成氣原料（CO與氫氣），再催化CO與H2反應(yīng)，生成多碳的SAF分子。合成氣中，碳/氫比（CO/H2）的理想比例在1︰2左右，一般在合成前還需要碳/氫比（CO/H2）調(diào)節(jié)步驟。

其原料主要來自農(nóng)林副產(chǎn)物以及固體廢物等。具體有秸稈、樹木纖維、城市廚余垃圾等，由于不同原料成分不同，對應(yīng)的預(yù)處理流程以及氣化工藝存在差異，在后續(xù)合成氣反應(yīng)制SAF的步驟上差別較小。據(jù)中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會數(shù)據(jù)，我國秸稈可收集資源約為6.94億噸，按此計算對應(yīng)SAF近億噸產(chǎn)能，但需要考慮生物質(zhì)發(fā)電等的競爭。

不同工藝的外供氫氣需求相差懸殊。從秸稈等原料得到的合成氣一般碳多氫少（視工藝），如何調(diào)整碳/氫比（CO/H2）是關(guān)鍵�？梢韵�耗CO與水蒸氣反應(yīng)生產(chǎn)氫氣，此時幾乎不需要外供氫氣；也可以完全采用外供氫氣調(diào)整，某典型的秸稈制SAF工藝每噸SAF需要氫氣0.08到0.1噸。

04 二氧化碳加氫：捕集CO2再加氫氣，每生產(chǎn)1噸SAF約需要0.1~0.4噸外供氫輔助

該技術(shù)利用CO2與氫氣一步催化合成多碳分子。其最核心為碳捕集技術(shù)以及催化加氫技術(shù)，在催化作用下，CO2與氫氣反應(yīng)并逐漸聚合，生長成含多個碳原子的長鏈分子或環(huán)類�，F(xiàn)階段實驗室中SAF產(chǎn)物的選擇性已經(jīng)達到80%水平。

其碳原料來自電廠、空氣捕集、生物質(zhì)等。二氧化碳主要通過碳捕集獲得，來源可以為電廠、化工廠尾氣，也可以來自生物質(zhì)燃燒、生物乙醇廠廢氣等，后2者更易獲得可持續(xù)認證。根據(jù)卓創(chuàng)資訊數(shù)據(jù)，2023年中國食用和工業(yè)乙醇行業(yè)總產(chǎn)能達到1367.9萬噸，以此推算對應(yīng)二氧化碳副產(chǎn)近1000萬噸，對應(yīng)SAF近300萬噸左右。

氫為核心原料之一，外供氫氣需求較大。該技術(shù)中氫氣主要用在與CO2反應(yīng)合成SAF，而且全部來自外供。來源可以為副產(chǎn)氫，電解水制綠氫等，需要保證合成的SAF滿足碳排放標準。暫不考慮實際收率，從化學(xué)成分估算，每生產(chǎn)一噸SAF，約需要氫氣0.1~0.4噸左右。

05 醇聚合：先制醇再合成，氫氣需求視醇的來源情況，生產(chǎn)1噸SAF最高需要0.35噸氫左右

該類技術(shù)利用甲醇、乙醇等中間體合成SAF。按照醇的種類、反應(yīng)原理等又分成多種工藝，對于甲醇，如直接利用甲醇合成SAF，或者先利用甲醇生產(chǎn)二甲醚，再利用二甲醚合成SAF等；對于乙醇，則有先生產(chǎn)乙烯，再利用乙烯合成SAF的工藝。

原料主要來自各種生物質(zhì)或碳捕集，對應(yīng)不同生產(chǎn)工藝。乙醇主要來自玉米、秸稈等的發(fā)酵，甲醇主要來自生物質(zhì)氣化合成氣、二氧化碳加氫等技術(shù)，此外其他如異丁醇等可來自糖類、木質(zhì)素等的發(fā)酵。我國現(xiàn)有綠色甲醇規(guī)劃超過700萬噸，若用于合成SAF約對應(yīng)300萬噸以上產(chǎn)能。

外供氫氣需求主要看原料來源情況。該類技術(shù)中，氫氣一是用于SAF分子調(diào)整結(jié)構(gòu)（類似傳統(tǒng)的煉油加氫），二是用于甲醇合成（若采用甲醇路線）。其中，前者每噸SAF需要0.001~0.01噸氫氣，后者視甲醇合成工藝情況，暫不考慮實際收率，每噸SAF最多需要氫氣0.35噸左右。

END

       原文標題 : 前瞻|SAF的合成過程將帶來大量的綠氫需求