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【研究报告】EASA发布《燃料成分变化对航空非二氧化碳排放的益处》

   日期:2026-02-11 12:41:20     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
【研究报告】EASA发布《燃料成分变化对航空非二氧化碳排放的益处》

2026年1月,欧洲联盟航空安全局(EASA)2026年发布《燃油成分变化对航空非CO₂排放的益处》,该报告核心聚焦“燃油成分变化对航空非CO₂排放的益处”,系统分析了航空燃油成分(如氢碳比、硫含量、芳烃含量等)与非CO₂排放(氮氧化物、一氧化碳、水蒸气、颗粒物等)的关联,重点评估了可持续航空燃料(SAF)等新型燃油的减排潜力,及其对尾迹形成、气候影响的作用机制。报告指出,高氢低碳比、低硫、低芳烃的燃油(以SAF为代表)可有效减少多数非CO₂排放,降低航空对气候的整体影响,但部分排放的响应机制复杂,部分潜在反效应仍需进一步研究验证。

主要内容

(一)非CO₂排放的重要性

航空发动机除排放CO₂外,还会释放非CO₂污染物,这类排放既影响人体健康(关联空气质量政策),也是航空气候影响的重要组成部分。最新科研证实,减少非CO₂排放可显著降低航空的整体环境影响,包括气候影响。除调整燃油成分外,改进发动机与飞机设计、优化飞行航线也可实现非CO₂排放削减。
(二)燃油成分的核心影响因素
关键特性参数:燃油的氢碳比(H/C比)、硫含量、芳烃含量、萘含量、碳数分布及蒸馏曲线是影响非CO₂排放的核心特性,其中氢碳比与硫含量的影响最为关键。
优化方向与实现路径:提高氢碳比(通常通过饱和芳烃分子实现)可同步降低芳烃、萘及硫含量;SAF天然具备高氢碳比、低硫、低芳烃的特性,而化石燃料需经深度加氢处理才能达到类似效果,但这会增加额外的氢气生产需求、能耗、温室气体排放及成本。
燃油规格现状:目前商业航空燃油规格中,未要求测量或报告氢含量,也无氢碳比相关限值,仅对芳烃、萘、硫含量单独设定测量标准与限值。
SAF的应用现状:SAF当前作为“即插即用”燃料(drop-in fuel)使用,多数类型(如HEFA-SPK、FT-SPK等)与化石基JetA-1燃料的调合比例最高为5%至50%,具体比例取决于SAF的类型(如HEFA-SPK、FT-SPK等)。
(三)不同非CO₂排放的响应差异
氮氧化物(NOₓ)与一氧化碳(CO):受燃油成分影响极小,主要取决于发动机设计、燃烧室结构及运行条件,现有研究未发现燃油成分调整能显著改变二者排放水平。
水蒸气(H2O):高氢含量燃油会增加水蒸气排放,100% HEFA-SPK型SAF的飞行测试显示,其水蒸气排放指数较传统燃油提升约10%。
无挥发性颗粒物(nvPM/煤烟):
核心影响机制:石蜡分子比芳烃分子更易完全燃烧,可减少不完全燃烧导致的nvPM生成,因此燃油氢含量是nvPM排放的方向性预测指标;同时,硫含量、碳数分布、蒸馏曲线等特性也会不同程度影响nvPM排放,仅靠氢含量预测存在局限性,需结合燃油分子化学特性优化预测模型。
减排效果:化石基喷气燃料氢含量为13.5%-15%(全球平均13.8%),而氢含量约15%的燃油(含SAF)可减少nvPM排放质量;地面与空中测试证实,燃烧100% SAF(HEFA-SPK)或其与传统燃油的调合燃料时,nvPM颗粒数量减少20%-80%,具体数值取决于测试燃油、发动机类型、燃烧室设计及功率设置。
与发动机技术的协同作用:稀薄燃烧技术在中高推力运行时可显著降低nvPM排放;高氢含量燃油与稀薄燃烧技术结合,能在全推力范围内最小化nvPM排放——其中高氢燃油主要降低低推力(飞行中极少使用,不影响非CO2排放的气候影响)的nvPM排放,稀薄燃烧技术则主导中高推力(飞行核心阶段)的减排效果。
挥发性颗粒物(vPM):
形成机制:vPM由发动机燃烧产生的前驱体气体(如硫、有机物)或润滑油排放形成,其数量还受天气等外部环境影响,且燃烧排放的整体冰核活化能力取决于nvPM与vPM的相对比例。
不同燃烧模式下的硫含量影响:①“高煤烟状态”(与RQL燃烧技术相关):硫对vPM数量影响有限,但会激活疏水性nvPM颗粒,促进水汽凝结形成冰晶、尾迹及卷云,无硫燃油是否仍能让nvPM形成冰核尚不明确;②“低煤烟状态”(先进RQL或稀薄燃烧技术):nvPM 缺乏会限制vPM前驱体的清除,可能开启新的vPM形成路径。
超低硫的减排价值:燃油硫含量低于10ppm(阈值未完全明确)可减少冰核形成;SAF生产工艺本身无硫,但可能因输送或飞机内交叉污染含微量硫,而传统化石基JetA-1的硫含量通常为数百ppm,远高于SAF。
未解问题:低煤烟、超低硫条件下,油滴、硝酸、有机化合物对vPM形成的驱动作用仍不明确,缺乏相关排放速率与vPM特性数据。
挥发性有机化合物(VOC)与未燃碳氢化合物(UHC):已有研究测量了燃油成分对二者排放的影响,但不同测试燃油(如SAF、化石燃料)及测试条件下结果差异较大,暂无统一结论,需进一步开展针对性研究。
(四)对尾迹与气候的影响
核心关联逻辑:颗粒物(nvPM+vPM)排放减少会降低尾迹中冰晶的初始数量(冰晶由水汽在颗粒物表面凝结冻结形成),而冰晶数量减少会通过降低尾迹光学厚度、缩短尾迹及尾迹卷云的寿命,减少其辐射强迫,带来净气候效益。
SAF的双重影响:SAF因水蒸气排放指数更高,会略微扩大持续性尾迹的形成区域,但这一影响极小,模型仍证实其能通过优化尾迹光学特性与寿命,实现尾迹卷云辐射效应的整体降低。
关键注意点:减排需针对“总颗粒物排放”而非仅nvPM,因为从热力学角度,适宜环境条件下,冰晶体可在任何吸湿性颗粒上形成,单一nvPM减排无法完全阻断尾迹形成。
潜在反效应与研究缺口:
非预期影响:颗粒物排放减少可能以非预期方向改变部分非CO₂影响,例如硫排放减少会削弱云层冷却效应(二氧化硫会形成硫酸和硫酸盐液态颗粒,使云更亮,产生不确定规模的冷却作用)且航空颗粒物与辐射、云层的相互作用可能产生的冷却效应尚未量化。
未解问题:这类潜在反效应的规模尚未量化;低煤烟、超低硫条件下vPM的形成机制;不同SAF类型(如HEFA-SPK、FT-SPK、AtJ等)对非CO₂排放的差异化影响,仍需更多地面与飞行测试验证。
(五)潜在反效应与研究缺口
非预期影响:颗粒物排放减少可能以非预期方向改变部分非CO₂影响,例如硫排放减少会削弱云层冷却效应(二氧化硫会形成硫酸和硫酸盐液态颗粒,使云更亮,产生不确定规模的冷却作用)。
未解问题:这类潜在反效应的规模尚未量化;低煤烟、超低硫条件下vPM的形成机制;不同SAF类型(如HEFA-SPK、FT-SPK、AtJ等)对非CO₂排放的差异化影响,仍需更多地面与飞行测试验证。
(六)已验证的SAF类型与测试基础
目前科研证据最充分的SAF类型为HEFA-SPK(加氢处理酯类和脂肪酸直链石蜡喷气燃料),此外煤基合成喷气燃料、ARA ReadiJet燃料、醇制喷气燃料(AtJ)也已开展地面测试,FT-SPK(费托合成直链石蜡喷气燃料)则已用于调合燃料的飞行测试,为燃油成分优化提供了扎实的实验数据支撑。

研究结果与讨论

1.全球 e-SAF 市场格局:欧洲领先但面临竞争

欧洲是全球 e-SAF 项目最集中的地区,截至2025 年5月,已宣布41个大规模项目(产能 > 10kt / 年)、14 个商业规模项目及12个研究项目,总规划产能达 280 万吨 / 年,较 2024 年增长60%,接近 2032 年《ReFuelEU Aviation》目标(100 万吨/年)的3倍。项目平均规模达7万吨/年,呈现大型化趋势,其中法国项目数量与产能居首,可单独满足欧盟2030 年e-SAF 目标,北欧(挪威、芬兰、瑞典)、丹麦、葡萄牙等因低碳电力优势成为热门选址。

但项目开发进度缓慢,仅 4 个大规模项目进入高级阶段(前端工程设计(FEED)或待FID),其余多处于概念设计或预FEED阶段,尚无任何项目达成 FID——这是项目从规划落地的关键里程碑。19 个计划2030年前投产的项目总产能130万吨 / 年,较2024 年预测下降25%,反映出项目延期普遍。若未来 12-18 个月内无法加速FID落地,2030 年1.2% 的强制目标将难以实现。

在全球区域竞争态势方面,欧洲占全球 e-SAF 规划产能的 50% 以上,中国以11个大规模项目(占全球 20% 产能)位居第二,项目多由国电投等国有企业主导,部分采用PtL技术,依托生物质与可再生能源组合优势;美国项目数量较少,但已出现全球首个达成FID的大规模项目(Infinium的 Roadrunner 项目,2027 年投产),且通过《通胀削减法案》(IRA)提供高额税收抵免,提升项目竞争力;中东(阿曼、沙特)凭借低成本可再生能源布局 3 个项目,但面临 CO₂供应不足与电网化石依赖导致的法规合规挑战。

技术路径方面,全球多数项目采用FT路线,技术成熟但副产物较多;MtJ路线因中间产物甲醇可灵活应用于航运、化工领域,市场关注度上升,但尚未获得ASTM航空燃料认证,规模化应用受限。《ReFuelEU Aviation》法规对技术路径中性,为两类路线均提供发展空间。

2.欧洲 e-SAF 产业的核心瓶颈

在监管层面,《ReFuelEU Aviation》2027年审查引发行业对目标弱化的担忧,尽管欧盟委员会强调审查聚焦实施支持,但企业仍持观望态度,同时成员国对法规的转化实施滞后,多数国家尚未明确违规罚款金额(EASA建议约14000欧元/吨),削弱了法规的强制约束力,且HEFA路线中绿氢的合规认定存在漏洞,可能导致部分生物燃料“伪称”e-SAF,挤占合规项目市场空间。

能源与CO₂供应方面,欧洲虽拥有全球最清洁的电网(部分国家碳强度<18gCO₂eq/MJ),但可再生电力成本高(西班牙、挪威约5-6欧元/kg氢),电网拥堵问题突出,挪威、西班牙等国项目面临接网困难,CO₂供应当前主要依赖生物基CO₂,预计2050年欧洲e-SAF产业需1.2亿吨CO₂,而生物基CO₂潜在供应仅3.34亿吨且需与化工、航运等行业竞争,直接空气捕获(DAC)技术成本高(1000-1300美元/吨CO₂)且尚未规模化部署,长期供应存在不确定性。

承购协议与融资方面,e-SAF项目需10-20年长期承购协议保障收益,但航空公司习惯短期采购且担忧高成本与先发风险,导致公开承购协议极少(仅IAG、挪威航空等签署少量订单),单个大规模项目需10-20亿欧元投资,传统石油巨头参与度低(如壳牌退出HySkies项目),项目主导者多为缺乏自有资金的初创企业,银行因技术不成熟、无承购协议等风险不愿放贷,现有欧盟资金工具(创新基金、氢能银行)未能针对性支持,补贴力度不足且竞争激烈。

燃料基础设施方面,欧洲机场燃料存储、管道等多由石油巨头或其合资企业控制,新进入者面临准入壁垒,部分机场要求投资方购买基础设施股权才能接入或收取高额费用,德国莱茵-美因管道、英国机场管网等关键设施拒绝第三方开放,虽巴黎CDG、慕尼黑等部分机场将燃料设施列为“集中基础设施”保障开放,但覆盖范围有限,导致e-SAF难以输送至终端用户。

3.经济性与可持续性分析

经济性目前成本高但合规成本低于罚款。当前 e-SAF 生产成本约 7700 欧元 / 吨,是化石喷气燃料(750欧元/吨)的 10 倍,但若未达标,燃料供应商面临的罚款(14000欧元/吨)更高,合规仍是更经济的选择。长期来看,随着技术规模化与可再生能源成本下降,e-SAF成本有望降低40%-50%。对机票价格的影响相对温和,2030 年预计仅上涨3%,2032年上涨6%。

可持续性方面,减排潜力显著但资源需求大。e-SAF 生命周期减排超 90%,所有欧洲项目均能实现净负排放。但资源消耗规模可观:2030 年达成 1.2% 目标需 15 太瓦时可再生电力(相当于丹麦当前风电产量),2050 年 35% 目标需 600 太瓦时(占欧盟 2050 年风光发电量的 10%)。若航空业保持 3% 年增长率,e-SAF 生产将对欧洲可再生能源供应构成巨大压力,需同步控制航空需求增长。

报告链接:

https://www.easa.europa.eu/en/downloads/143049/en

资料搜集:李浩 安欣 王含月

校对:张奕野 贾忠杰 王君瑶

审核:陈俣秀 杨晓军

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