为直加型100% SAF提供生物基芳烃的途径

庄信万丰公司(Johnson Matthey)催化剂技术高级经理Iain Gilmore和Virent公司总裁兼总法律顾问David Kettner介绍了一项突破性的工艺,该工艺由Virent公司发明,并由Virent公司和庄信万丰公司共同开发用于商业化,它提供了在当前航空飞机和基础设施中使用100%可持续航空燃料(SAF)所缺失的组分:生物基芳烃。

SAF为减少航空部门的排放提供了最有前途的解决方案,它的使用不需要改变现有的飞机或机场加油基础设施,但并不是所有的SAF都是相同的,由于混合比例的限制,许多方案只能减少少量的排放。目前,大多数SAF仅按一定比例混入石油基航空燃料使用,根据ASTM标准定义的SAF性能,这个术语已经成为各种混合物的总称,但没有一种是直加型100% SAF。政策框架和国际协议规定了一系列限定的碳强度或二氧化碳当量,如果混合燃料的碳排放量低于该值,则可被称为“SAF”。

SAF市场有许多机会,但目前在提高SAF的使用比例、提高原料灵活性,以及提高生产能力等方面还面临挑战。

100%的SAF不能直接用于当前的飞机和燃料加注基础设施,除非在燃料中混入芳烃。在传统燃料中含有芳烃,但在许多生物基燃料中没有芳烃,如酯和脂肪酸加氢产品(HEFA)以及费-托合成产品。为了确保SAF混合物是一种可直接使用的产品,航空燃料标准要求至少含有8%的芳烃。为了确保芳烃含量,目前的合成替代燃料只能以最高50%的比例与传统航空燃料混合。这意味着传统燃料将继续大量使用,相关排放仍相对较高。这将无法使航空业在2030年或2050年达到任何国际航空减排目标。

此外,SAF的标准不涉及原料(有几种不同的原料),没有考虑不同工艺路线及其供应链的不同碳强度。在目前所有可用的替代品中,HEFA是目前广泛生产的最便宜的烃类生物燃料,但它的原料来源有限,并且与生物柴油竞争原料。原料的可用性对解决方案的整体部署有着巨大的影响,必须考虑到生产SAF的所有不同途径。归根结底,没有任何一条途径或原料能够提供足够的100% SAF燃料,来满足全球航空业所需的航空燃料。

全球已经有多次验证飞行和试飞采用与传统燃料混合的SAF燃料。不过,维珍航空公司(Virgin Atlantic)最近完成了首次跨大西洋飞行,两台引擎均使用100% SAF,通过BioForming糖制芳烃(S2A)技术生产,该技术可从糖中生产BioForm合成芳烃煤油(SAK)。这种混合组分为现有飞机和基础设施使用的喷气燃料提供所需的芳烃。SAK和SAF的混合燃料是100%可持续的直加型燃料,并且与当前的飞机引擎、加注系统和机场基础设施兼容。

BioForming S2A技术生产的BioForm SAK可以与来自HEFA、F-T或醇制喷气燃料(AtJ)等途径生产的SAF混合,得到在功能上与传统喷气燃料没有区别的100%生物基喷气燃料。虽然维珍航空公司试飞时使用的燃料是从玉米中提取葡萄糖生产的SAK,但生物基芳烃可以使用多种植物糖来生产,包括甜菜糖、甘蔗和玉米淀粉,以及从甘蔗渣、玉米秸秆、草、高粱和木材中生产的纤维素糖,其他可溶碳水化合物都有可能成为SAK的原料。原料清洁后进入加氢过程使糖稳定,通过加氢脱氧降低氧含量,然后发生酸缩合以生产芳烃混合物。由此产生的SAK具有更少的多环芳烃,这意味着直加型SAF燃烧时比传统喷气燃料更清洁,产生更低的颗粒物排放,并提高了燃油效率。BioForm SAK可以减少80%的颗粒物排放。

通过使用100% SAF,BioForm SAK为实现2030年和2050年的减排目标提供了一条可行的途径。它为喷气燃料提供必要的芳烃,并可与一系列其他SAF混合,加快从传统燃料向与现有航空技术兼容的可持续替代品的转变。使用BioForm SAK的各种验证飞行也表明,SAK可以成为一种“标准剂”,以确保不同的SAF混合物可以在技术规格内,并符合航空性能标准。

随着政府政策推动SAF使用比例的增加,SAK可以为更快地提高SAF产量提供助力,使行业能够实现其脱碳目标。这意味着行业可以在不改变基础设施或引擎技术的情况下向前发展。

除了生产航空燃料,BioFormate包含多种化合物,可用于不同行业制造各种最终产品,包括生物汽油和生物BTX(苯、甲苯和二甲苯),用于生产许多产品,包括药品、聚合物、纺织品和涂料。因此,这一创新过程可以成为道路运输脱碳和生产当今世界依赖的许多产品的重要组成部分。

[张伟清摘译自Hydrocarbon Processing,2023-12-04]