【CSRone】創新生質航油讓飛航成長卻不增碳

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作者:蔡孟儒

航空業碳排放可觀又持續增長,為了減緩此趨勢,能減少飛機碳排放的生質燃油正在研發中。目前以油脂、酒精、醣類、氣體四種轉化技術來生產,並已實際的應用於試飛中。

出國旅行讓人人期待又嚮往,全球時刻總有數以千萬計的人計畫前往其他國家觀光或洽公,而航空業通常是達成人們此願望的必經之途。在此趨勢下,飛航的碳排放必然可觀,自1992年來,航空業碳排放增長了87%,此產業的總碳排放達全球碳排2-3%。

航空業減碳願景

國際航空運輸協會IATA自2006年訂下目標,要在2020年時讓全球航空業達到碳中和,即業務增長時,碳排放能零成長。2050年時,則以航空業碳排放減為2005年的一半,作為長期的目標。

若要達到2020碳中和的目標,全世界的航空燃油就得有3-6%的成分為生質油料,2050的目標還等提升至高比例,並加上引擎技術的提升。

航空燃油的要求相當高,不但能源密度較高,又得凝固溫度低。而電池雖能大力支持電動車,但其能源表現仍不足大舉取代航空燃油。

目前四種轉化技術來生產生質航空燃油,分別是油脂、酒精、醣類、氣體。

微藻具潛力 成本待降低

一、油脂轉化 (OTJ, Oil-to-Jet)

油脂轉化技術可以植物油、廢食用油與藻類油為原料。近年來以微藻受到相當重視,因為微藻的細胞內含油脂,具有開發成燃油的潛力。微藻養殖可為大氣吸收二氧化碳,每公頃每年可吸收180~200公噸,其所製成的航油與石化航油相比,可降低60%的溫室氣體排放。

但由於微藻的生長速率、油脂產率與萃取的耗能,微藻轉化的成本過高,難以與石化航油及其他替代航油競爭。有待提升藻類的生長速率、油脂產率,並減少採收與萃取的耗能,才可將其大量採用於航空業。

2009年,Sapphire公司與波音公司合作,利用微藻製造的航油,添加在一般航油中,供美國大陸航空與日本航空試飛。2011年,Solazyme公司推出了名為SolarJet的產品,在試飛時佔燃油比例達50%。

酒精與醣類  帶動減碳飛航

二、酒精轉化 (ATJ, Alcohol-to-Jet)

酒精轉化技術是以蔗糖、澱粉或木質纖維素為原料,再以細菌將其發酵,產生酒精,以乙醇與丁醇為主。然而乙醇的能源密度僅有航空燃油的60%,所以還需近一步處理,才能達到航空油料的標準。

美國的Gevo公司所開發的醇類航空油,已於2015年通過認證,在航油中的添加比例可高達30%。2016年時,以添加比例20%的航油,完成西雅圖至舊金山的試航。2017年11月8日,又在芝加哥的機場同時以美國航空、日亞航、國泰航空、漢莎航空、FedEx的飛機試用替代燃油,再次證實其實用性。

三、醣類轉化 (STJ, Sugar-to-Jet)

醣類轉化也是利用微生物的作用,將醣類變成可用於航油的碳氫化合物。金合歡烯(Farnesene)因碳鏈長,較符合航油的需求,所以是近年醣類轉化技術的主要產品。

金合歡烯可直接從發酵液中提取,相較於微藻類還得藉細胞採收才可萃取,所以耗能較低,產品回收率也更高。

Amyris公司自2012年起,已讓多架飛機利用金合歡烯作為燃油成功飛行。2016年時又與國泰航空合作,在一架A350-900客機的燃油中,添加10%的替代燃油,再從法國飛往香港,在這之前替代燃油還未有這樣遠的航程。

四、氣體轉化 (GTJ, GAS-to-Jet)

將沼氣、天然氣或混合氣以FT化學法或發酵轉化,即氣體轉化的技術。此項技術也是利用微生物進行,藉由它們將氫、一氧化碳、二氧化碳轉化為乙醇,即是本文提及的替代燃油原料。

LanzaTech公司與維珍航空合作,利用鋼鐵廠產生的一氧化碳與發酵的過程,來製造出乙醇,再近一步製成替代燃油。

為了減緩氣候變遷,各行各業都得節能減碳,而不同行業的方式跟需求會各不相同。但相同的是都得立下目標,並確實地往目標進步,才能在環境、經濟與社會間達到平衡。

參考資料:
徐勤禎、盧文章、林昀輝、萬皓鵬。生物合成生質航空燃油技術發展。《太陽能與新能源期刊》第十九卷第二期,2017年12月出版。台北: 工業技術研究院綠能與環境研究所。
Low Carbon Renewable Jet Fuel

(全文轉載自CSRone)

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