這段時間，東南大學能源與環境學院首席教授馬隆龍有點忙。“我們研發的可持續生物航油目前正在產業化推廣階段，計劃在今年底前搭建一個年產量萬噸級的生產線。從去年底到現在，已經有近10家企業明確表示有意向與我們合作。”做研究、看場地、談合作，馬隆龍忙得不可開交，卻又甘之如飴。細細算來，從農業廢棄物秸稈中提煉可持續生物航油，這項領跑全球的新技術從實驗室到工業生產，團隊整整蓄勢了15年。
巨額碳稅
發展生物質航油“箭在弦上”
隨著環保和可持續發展觀念的深入人心，傳統化石燃料面臨替代壓力，生物航油作為可持續的替代能源受到各國關注。2016年，國際民航組織通過了國際航空碳抵消和減排計劃（corsia）。根據國家航空減排市場機制決議，2020年后各航空公司的國際航線碳排放增量，需通過購買碳配額等方式進行抵消。有機構分析指出，若遵照此決議，到2035年，中國國內航空公司碳交易總支出或將高達210億元人民幣。“想要避免如此巨額的航空碳稅，生物質航油的替代使用是目前唯一能在民航業大幅度實現減排的措施。”馬隆龍說。
什么是生物質？“從學術角度來說，生物質是指通過光合作用形成的各種有機體，其涵蓋的種類非常多，例如農作物廢棄物、木材廢棄物和禽畜糞便等。而我們團隊所聚焦的主要是木質纖維素，比如秸稈、草、樹枝等。”馬隆龍告訴記者，生物質資源是全方位有效替代石化資源的唯一一種可再生資源。生物質燃料作為一種供熱來源，與石油燃料一樣，主要用于電力、供熱和運輸三大領域。由于生物質可以作為廢棄物被循環利用，因此生物質制取能源、化學品、材料產品，具有零碳和負碳屬性。
“地面交通和航運可以利用電和氫氣，但在航空領域，目前還沒有能和燃油系統相提并論的動力系統。”馬隆龍解釋，使用生物質航油的優點在于不需要對飛機及發動機進行改裝，因此這也是航空領域碳減排的最佳選擇。然而，生物質原料結構復雜、密度低，這些屬性導致生物質利用難度大。“生物質燃料不像石化資源。由于石化資源微觀結構上看都是聚集在一起的，無論是直接使用，還是加工煉化處理，加工難度和成本都很低。但考慮到石化資源的不可再生屬性及碳稅政策等多方面因素，發展生物質燃料勢在必行。”馬隆龍說。
從無到有
“秸稈煉油”新路徑領跑全球
“傳統的生物質燃料發展大多遇到這樣的瓶頸，一是原料限制，二是終端產品使用性問題。”在馬隆龍團隊之前，行業中已有人嘗試從動物或植物油脂中提煉生物航油，但“油脂煉油”這一路徑發展得并不順利。“棕櫚油、地溝油、小桐子油等，因為產量有限，做生物燃料根本劃不來。”
如果不用動植物油脂，能否改用我國年產量超7億噸之多的秸稈替代？這個念頭縈繞在馬隆龍腦中。然而，在此之前國際上也均是以油煉油，秸稈煉油領域尚且還是空白。“最初我們做過燃燒、汽化以及對生物質大分子的降解處理。但在這個過程中，從熱解角度來看，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果。”
經過不斷的實驗分析，團隊利用溶劑法開發出了逐級分離半纖維素、纖維素和木質素的三素分離技術，進而利用這三個組分的不同結構差異，探索出一條全新的航油提煉技術路線。“在這一路線中，纖維素水解后的產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生物航油，而糠醛與木質素一樣，又分別可以作為不同特種燃料的原料。”馬隆龍介紹，使用三素分離技術提煉生物航油碳利用率很高，一套流程下來浪費的原料很少。“這條技術路線所產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。此外，這項技術的直接成本僅有目前流行的動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產權，且碳減排效果更好。可以說，這種新型可持續生物燃油是理想的航油替代品。
步履不停
綠色航油新時代亟待開啟
2017年，百噸級生物航油中試項目在遼寧營口順利開車運行。馬隆龍坦言，中試是推動科研成果從實驗室走向生產線的關鍵，而在這期間，建百噸級裝置是最難的部分，“從開建到真正出油差不多耗費了一年時間”。實驗室小規模試驗很容易掌控，但真正放大到工業裝置上，工藝、參數、溫度條件等等全都變了，幾乎所有的工藝都需要微調，需要不斷去嘗試。“那時我們原本采用的是貴金屬‘鉑’作為催化劑，但考慮到成本問題，我們又重新回到實驗室測試，最終改用更便宜的‘鎳’。”
馬隆龍說，百噸級中試裝置目前仍在使用中，但想要最終市場化還得繼續擴大產量，團隊的目標是獲得適航認證。“只有拿到適航認證的航油才能在國際上進行銷售，而這一認證過程非常嚴格，它對油品的生產工藝、安全性、年產量等都有嚴格的要求。”馬隆龍表示，如果今年年產量萬噸級的生產線可以順利產油，那么適航認證評測指標中的年產量這一項應該可以達標。
“可持續生物航油的新紀元即將到來，我們期待它能夠成為推動全球航空業可持續發展的重要力量。”馬隆龍透露，團隊眼下仍在進行工藝和技術改進。過去使用10噸秸稈可以制作約1噸油，更換了更合適的中間體后，不到8噸秸稈就可以提煉約1噸油，節省了不少。“市場化的腳步不能停。今年的計劃是達到年產萬噸，未來或許還有10萬噸，或更大規模。”
來源：新華日報
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