這段時(shí)間，東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院首席教授馬隆龍有點(diǎn)忙。記者見(jiàn)到馬隆龍教授時(shí)，他和江蘇一家企業(yè)負(fù)責(zé)人的商談剛結(jié)束。“我們研發(fā)的可持續(xù)生物航油目前正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣階段，計(jì)劃在今年底前搭建一個(gè)年產(chǎn)萬(wàn)噸的生產(chǎn)線。從去年底到現(xiàn)在，已經(jīng)有近10家企業(yè)有明確意向與我們合作。”

做研究、看場(chǎng)地、談合作，馬隆龍忙得不可開(kāi)交，卻又甘之如飴。細(xì)細(xì)算來(lái)，從農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈中提煉可持續(xù)生物航油，這項(xiàng)領(lǐng)跑全球的新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)，團(tuán)隊(duì)已整整努力了15年。

碳稅壓頂發(fā)展生物質(zhì)航油箭在弦上

隨著環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，傳統(tǒng)化石燃料面臨替代壓力，生物航油作為可持續(xù)的替代能源受到各國(guó)關(guān)注。2016年，國(guó)際民航組織通過(guò)了國(guó)際航空碳抵消和減排計(jì)劃(CORSIA)。根據(jù)國(guó)家航空減排市場(chǎng)機(jī)制決議，2020年后各航空公司的國(guó)際航線碳排放增量，需通過(guò)購(gòu)買(mǎi)碳配額等方式進(jìn)行抵消。有機(jī)構(gòu)分析指出，遵照此決議，到2035年，中國(guó)國(guó)內(nèi)航空公司碳交易總支出或?qū)⒏哌_(dá)210億元人民幣。“生物質(zhì)航油的替代使用是目前能在民航業(yè)大幅度實(shí)現(xiàn)減排從而避免巨額航空碳稅的唯一措施。”馬隆龍說(shuō)。

什么是生物質(zhì)?“從學(xué)術(shù)角度來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)是指通過(guò)光合作用形成的各種有機(jī)體，其涵蓋的種類非常多，例如農(nóng)作物廢棄物、木材廢棄物和禽畜糞便等。而我們團(tuán)隊(duì)所聚焦的主要是木質(zhì)纖維素，比如秸稈、草、樹(shù)枝等。”馬隆龍告訴記者，生物質(zhì)燃料作為一種供熱來(lái)源，與石油燃料一樣，主要用于電力、供熱和運(yùn)輸三大領(lǐng)域。由于生物質(zhì)可以作為廢棄物被循環(huán)利用，因此生物質(zhì)制取能源、化學(xué)品、材料產(chǎn)品，具有零碳和負(fù)碳屬性。

“地面交通和航運(yùn)的能源可以利用電和氫氣，但在航空領(lǐng)域，目前還沒(méi)有能和燃油系統(tǒng)相提并論的動(dòng)力系統(tǒng)。”馬隆龍解釋，使用生物質(zhì)航油的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對(duì)飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝，因此這也是航空領(lǐng)域碳減排的最佳選擇。然而，生物質(zhì)原料結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度低，這些屬性導(dǎo)致生物質(zhì)利用難度較大。

從無(wú)到有“秸稈煉油”新路徑取得突破

“傳統(tǒng)的生物質(zhì)燃料發(fā)展基本都遇到兩個(gè)瓶頸，一是原料限制，二是終端產(chǎn)品使用性問(wèn)題。”在馬隆龍團(tuán)隊(duì)之前，行業(yè)中已有人嘗試從動(dòng)物或植物油脂中提煉生物航油，但“油脂煉油”這一路徑發(fā)展得并不順利。“棕櫚油、地溝油、小桐子油等，因?yàn)楫a(chǎn)量有限，做生物燃料根本劃不來(lái)。”

能否改用我國(guó)年產(chǎn)量超7億噸的秸稈替代?這個(gè)念頭縈繞在馬隆龍腦中。然而，在此之前國(guó)際上也均是以油煉油，秸稈煉油領(lǐng)域還是空白。“最初我們做過(guò)燃燒、汽化以及對(duì)生物質(zhì)大分子的降解處理。但在這個(gè)過(guò)程中，從熱解角度來(lái)看，原料一部分變成氣，一部分變成黑乎乎的油，這都不是我們想要的結(jié)果。”

經(jīng)過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)分析，團(tuán)隊(duì)利用溶劑法開(kāi)發(fā)出了逐級(jí)分離半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的三素分離技術(shù)，進(jìn)而利用這三個(gè)組分的不同結(jié)構(gòu)差異，探索出一條全新的航油提煉技術(shù)路線。在這一路線中，纖維素水解后的產(chǎn)物乙酰丙酸和半纖維素汽提后得到的糠醛，可以縮合并煉制成可持續(xù)生物航油，而糠醛與木質(zhì)素一樣，又分別可以作為不同特種燃料的原料。

“這是反應(yīng)釜，這是固定床……”在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中，馬隆龍向記者展示了一套試驗(yàn)用的小型裝置。由于實(shí)驗(yàn)室空間有限，所以團(tuán)隊(duì)將每個(gè)反應(yīng)步驟拆分開(kāi)來(lái)。“等到工廠建成，煉油過(guò)程將會(huì)是一體化操作，一氣呵成。”馬隆龍表示，使用三素分離技術(shù)提煉生物航油碳利用率很高，一套流程下來(lái)浪費(fèi)的原料很少。“這條技術(shù)路線所產(chǎn)出的油品組分更接近于石油基航油，具有與石化航油近乎相同的理化性質(zhì)。此外，這項(xiàng)技術(shù)的直接成本僅有目前流行的動(dòng)植物油脂生物燃油的40%。”秸稈煉油新路徑具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其提煉出的航油已通過(guò)中國(guó)民航局測(cè)試檢測(cè)。此外，航油各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均符合美國(guó)ASTM-D7566標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)稱此項(xiàng)航空燃料技術(shù)具有很強(qiáng)的可持續(xù)性，有助于減少溫室氣體排放，對(duì)可持續(xù)航空燃料的商業(yè)化起到很大的促進(jìn)作用。

步履不停綠色航油新時(shí)代曙光在前

2017年，百噸級(jí)生物航油中試項(xiàng)目在遼寧營(yíng)口順利開(kāi)車(chē)運(yùn)行。馬隆龍?zhí)寡?，中試是推?dòng)科研成果從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線的關(guān)鍵，而在這期間，建百噸級(jí)裝置是最難的部分，“從開(kāi)建到真正出油差不多耗費(fèi)了一年時(shí)間”。實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模試驗(yàn)很容易掌控，但真正放大到工業(yè)裝置上，工藝、參數(shù)、溫度條件等全都變了，幾乎所有的工藝都需要微調(diào)，需要不斷去嘗試。“那時(shí)我們?cè)静捎觅F金屬鉑作為催化劑，但考慮到成本問(wèn)題，我們又重新回到實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，最終改用更便宜的鎳。”

馬隆龍說(shuō)，百噸級(jí)中試裝置目前仍在使用中，但想要最終市場(chǎng)化還得繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)量，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是獲得適航認(rèn)證。“只有拿到適航認(rèn)證的航油才能在國(guó)際上進(jìn)行銷(xiāo)售，而這一認(rèn)證過(guò)程非常嚴(yán)格，它對(duì)油品的生產(chǎn)工藝、安全性、年產(chǎn)量等都有嚴(yán)格的要求。”馬隆龍表示，如果今年年產(chǎn)量萬(wàn)噸級(jí)的生產(chǎn)線可以順利產(chǎn)油，那么適航認(rèn)證評(píng)測(cè)指標(biāo)中的年產(chǎn)量這一項(xiàng)應(yīng)該可以達(dá)標(biāo)。

業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，我國(guó)2030年航空煤油消費(fèi)量將達(dá)6000萬(wàn)噸，若按10%比例摻混可持續(xù)生物航油，則可持續(xù)生物航油需求量為600萬(wàn)噸，產(chǎn)值可達(dá)1200億元，市場(chǎng)前景廣闊。“可持續(xù)生物航油的新紀(jì)元即將到來(lái)，我們期待它能夠成為推動(dòng)全球航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要力量。”馬隆龍透露，團(tuán)隊(duì)眼下仍在進(jìn)行工藝和技術(shù)改進(jìn)。過(guò)去使用10噸秸稈可以制作約1噸油，更換了更合適的中間體后，目前不到8噸秸稈就可以提煉約1噸油，并可聯(lián)產(chǎn)高純木質(zhì)素。