摘 要：礦物燃料的日益緊缺和碳排放量的日益增長(zhǎng)使高能耗的民航業(yè)尋求安全環(huán)保的綠色新能源。我國(guó)已經(jīng)展開(kāi)了生物燃油的審定和試飛工作。目前生物燃油的原材料從食用油轉(zhuǎn)為高產(chǎn)廉價(jià)的非食用油，按照一定的生產(chǎn)工藝和調(diào)和比例，其碳排放量、有毒氣體和顆粒物等大大下降，同時(shí)其燃燒特性與礦物燃油接近，不影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。生物燃油在未來(lái)的商業(yè)飛行中前景廣闊。

關(guān)鍵詞：生物燃油 民航 碳排放 植物油 黏度

中圖分類(lèi)號(hào)：TN2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0143-01

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，世界民航業(yè)取得了飛速的發(fā)展，目前航空業(yè)的產(chǎn)出占全球GDP的8%，但與此同時(shí)航空業(yè)排放的CO2也占全球總排放量的2%。面對(duì)能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題的雙重壓力，國(guó)際社會(huì)已經(jīng)采取了一系列措施，2008年11月19日，歐盟議會(huì)和歐盟委員會(huì)通過(guò)新法案，決定將國(guó)際航空業(yè)納入到歐盟航空排放交易體系（EU ETS）中，自2012年起正式實(shí)施。IATA也相應(yīng)提出全球航空業(yè)燃油效率年均提高2%，到2020年實(shí)現(xiàn)碳排放零增長(zhǎng)，到2050年碳排放比2005年減少50%[1]。

跟西方民航發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的民航業(yè)起步較晚，機(jī)隊(duì)較年輕，我國(guó)目前正處在民航的高速發(fā)展期，中國(guó)民航“十二五”規(guī)劃中提出到2015年，中國(guó)民航運(yùn)輸機(jī)隊(duì)規(guī)模將達(dá)約2750架。一方面我國(guó)未來(lái)的航空運(yùn)輸能力將極大提高，碳排放量不可能實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)；另一方面碳排放稅的收取和傳統(tǒng)航油價(jià)格的提升大大增加了航空公司的成本，目前航油的成本已經(jīng)占總成本的40%左右。針對(duì)當(dāng)前形勢(shì)，我們提出了到2020年，單位噸公里能耗和單位噸公里二氧化碳排放均比2005年下降22%。這就要求我們必須尋求到安全、清潔、可持續(xù)的能源供給途徑。生物燃油無(wú)疑是未來(lái)航空燃油發(fā)展的新方向，具有廣闊的前景。

2011年國(guó)航一架波音747-400客機(jī)載著航空生物燃料在北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)首次試飛成功。試飛所用的航空燃料由傳統(tǒng)的航空煤油與生物燃料按照1∶1比例混合。其中的生物燃料主要從麻風(fēng)樹(shù)中提煉而成。生物燃油必須根據(jù)國(guó)際通行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)審定程序，進(jìn)行性能檢測(cè)、相容性試驗(yàn)和試飛驗(yàn)證等一系列工作后才能用于民航商業(yè)飛行。目前我國(guó)主要依據(jù)CTSO-2C701《含合成烴的民用航空噴氣燃料》來(lái)審定，必須確保生物航空煤油的生產(chǎn)工藝、性能指標(biāo)、AJF和SPK組分的調(diào)合比例、添加劑使用、芳烴含量、與金屬和非金屬材料的相容性等符合CTSO-2C701的要求。

生物能源的使用具有久遠(yuǎn)的歷史，在現(xiàn)代社會(huì)中，石油等礦物能源占據(jù)了主導(dǎo)。目前生物能源在全球能源使用中約為9%～14%[2]，其中大部分是在不發(fā)達(dá)地區(qū)的人們用于日常做飯取暖等，這種傳統(tǒng)的能源技術(shù)含量低，使用效率也低。工業(yè)化的生物燃油最初來(lái)自于植物油，例如：在歐洲葵花籽和油菜籽是生物柴油的主要原材料，美國(guó)是大豆油，泰國(guó)使用棕櫚油等。但如果大量的使用可食用的生物燃油則造成對(duì)人類(lèi)糧食和耕地的占用，所以很難在航空業(yè)大規(guī)模的使用。

植物油具有很多的優(yōu)點(diǎn)，植物在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收大量CO2，從而大大降低了碳排放量，而且其能量高，抗爆震性好，無(wú)毒無(wú)污染，可降解，大大降低了二氧化硫、一氧化碳等有毒氣體和有害顆粒物的排放。植物油主要含有甘油三酯和少量的單酯和雙酯，它們含有大量的氧分，不同的碳鏈長(zhǎng)度和分子結(jié)構(gòu)中雙鍵的數(shù)量得到不同的脂肪酸。植物油中還含有自由脂肪酸、磷脂、胡蘿卜烯類(lèi)、酚類(lèi)、硫磺復(fù)合物和少量的水。植物油中常見(jiàn)的脂肪酸是硬脂酸、棕櫚酸和亞油酸等。這些植物油的大分子結(jié)構(gòu)和重量造成了高黏度和低揮發(fā)度。相對(duì)于礦物柴油，純植物油較高的黏度影響了燃油的噴霧特性。這樣，噴嘴會(huì)噴出體積較大的燃油滴而不是霧狀的小滴燃油，從而影響油氣S+VeCfTJ1yij5m1jK0HDUQ==混合比，霧化效果差，揮發(fā)性也很低，易在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)造成不完全燃燒同時(shí)大量的顆粒在燃燒室內(nèi)形成沉積。因此，純植物油不能直接用于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)加熱、混合、稀釋、微乳化和酯化等方法來(lái)改善其特性以降低黏度。

二代的生物燃油則主要來(lái)自于海藻、亞麻薺種子和麻風(fēng)樹(shù)種子等，這些作物含油量高，產(chǎn)油量大，生長(zhǎng)周期短，不與糧食資源競(jìng)爭(zhēng)，還可種植在貧瘠荒涼地區(qū)，如沙漠荒漠地帶。這樣不但可以將荒地利用，還可以提供大量的就業(yè)機(jī)會(huì)帶動(dòng)貧困地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。例如：目前廣泛使用的麻風(fēng)樹(shù)油是一種甘油三酯類(lèi)的非食用植物油，研究表明，麻風(fēng)樹(shù)油和礦物柴油混合后其性能和排放特性與純礦物柴油接近，因此在航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

對(duì)比礦物柴油和麻風(fēng)樹(shù)油的物理和化學(xué)特性，可以發(fā)現(xiàn)，麻風(fēng)樹(shù)油的凝固點(diǎn)是4.5 ℃，礦物燃油是-6 ℃，因此在低溫天氣條件下不宜使用麻風(fēng)樹(shù)油。同時(shí)，麻風(fēng)樹(shù)油具有更高碳?xì)埩粑锉壤?，?huì)造成燃燒室更多的積碳，但其硫和氮含量比礦物柴油低很多（礦物燃油硫和氮含量分別約0.25%和1.76%，麻風(fēng)樹(shù)油均約0%），因此可極大降低污染物SOx和NOx的排放量。麻風(fēng)樹(shù)油更高的氧含量（礦物燃油氧含量約1.2%，麻風(fēng)樹(shù)油約11.1%）又提高了燃燒效率，可大大降低不完全燃燒的碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己陀泻︻w粒物等，而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的推力不會(huì)有很大降低。麻風(fēng)樹(shù)油作為植物油最主要的問(wèn)題是其高黏性，40 ℃時(shí)礦物柴油的黏度約2.58 cSt，而麻風(fēng)樹(shù)油高達(dá)36.63 cSt，是其數(shù)十倍，但隨著溫度的增加麻風(fēng)樹(shù)油的黏度逐漸降低，在85 ℃以上后兩者基本相等[6]。除了加熱以外，兩者的混合也可以降低其黏度。

此外，生物柴油也可以由植物油與甲醇在堿催化劑的作用下通過(guò)酯交換反應(yīng)制得。生物柴油是比普通柴油具有更低的硫化物和芳香烴含量，更高的閃點(diǎn)和可降解性，其對(duì)環(huán)境的污染大大減少。生物柴油的生產(chǎn)受摩爾濃度、水和混合物含量、反應(yīng)溫度等的影響。生物柴油的特性和傳統(tǒng)柴油類(lèi)似使其成為很好的替代物。在反應(yīng)過(guò)程中甘油三酯轉(zhuǎn)換為甲酯或乙醚，使分子量減小到原來(lái)甘油三酯的1/3，這樣降低了黏性并一定程度上增加了揮發(fā)性。例如，如果混合20%的生物柴油，一氧化碳和有害顆粒物的排放約降低12%，不完全燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧趴山档?0%。燃油的類(lèi)型對(duì)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度和排氣溫度影響較小，所以當(dāng)生物柴油和JAT-A混合使用時(shí)降低了污染物的排放而不降低推力，具有較好的應(yīng)用前景。

生物燃油的低碳排放和低污染物排放等優(yōu)勢(shì)必定成為航空燃油的發(fā)展方向。雖然目前由于技術(shù)和成本等問(wèn)題尚未大規(guī)模使用，但美國(guó)、日本和巴西等國(guó)各大航空公司早已頻頻開(kāi)展生物燃油的試飛，隨著我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的提出以及生物航油的研發(fā)和審定工作的積極開(kāi)展，生物燃油在未來(lái)我國(guó)的商業(yè)飛行中將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]林鵬.航空減排進(jìn)行時(shí)[J].中國(guó)民用航空，2010，8.

[2]Hamelinck CN，F(xiàn)aaij APC.Outlook for advanced bio-fuels.Energy Policy.2006.