永續航空燃料SAF的生產技術

在面對全球碳排放減少的挑戰中，可持續航空燃料（Sustainable Aviation Fuel，簡稱SAF）扮演著至關重要的角色。可持續航空燃料是通過非石油基原料製成的替代燃料，旨在減少航空運輸的排放。根據國際民航組織（ICAO）的數據，目前全球已有超過360,000次商業航班在46個不同的機場使用了SAF，顯示出其廣泛的應用前景與環境效益。這種燃料可根據原料和生產方式，與傳統噴氣燃料混合使用，混合比例介於10%至50%之間。

目前被美國材料和試驗協會（ASTM）認證用於商業航空中的SAF生產技術主要包括：

費托合成（Fischer-Tropsch， FT）：該過程利用任何含碳材料產生合成氣，然後通過FT合成將這些構建塊轉換為SAF和其他燃料。目前有兩種FT過程被ASTM認證：一種產生直鏈烷烴型噴氣燃料（SPK），一種同時產生額外的芳香族化合物（SAK）。這兩種FT的最大摻混比例均為50%。
氫處理酯類和脂肪酸（Hydrotreated Esters and Fatty Acids， HEFA）：將植物油、廢油或脂肪通過加氫處理轉化為SAF，首先進行去氧，然後將直鏈烷烴分子裂解和異構化成SAF。最大摻混比例均為50%。
合成異構烷烴（Synthesized Iso-Paraffins， SIP）：利用微生物將C6糖轉化為法尼烯，經過氫處理后可用作SAF。最大摻混比例均為10%。
醇到噴氣燃料技術（Alcohol to Jet， AtJ）：通過去氧和連接分子的方式將乙醇等醇類轉換為SAF，達到所需的碳鏈長度（即寡聚化）。最大摻混比例均為50%。
催化水熱裂解（Catalytic Hydrothermolysis， CHJ）：將脂肪酸酯和自由脂肪酸通過催化水熱裂解，隨後通過水處理、裂解或異構化和分餾轉化為SAF。最大摻混比例均為50%。
生物處理烴類、酯類和脂肪酸（Hydroprocessed Hydrocarbons， Esters and Fatty Acids， HC-HEFA）：與HEFA類似，但針對的是藻類等生物來源的油脂，通過水處理技術飽和碳氫分子並去除幾乎所有的氧。最大摻混比例均為10%。
共處理（Co-processing）：將植物油、廢油、脂肪或FT蠟與傳統原油一起在現有煉油設施中處理。

從乙醇到噴氣燃料技術（AtJ）

乙醇到噴氣燃料（AtJ）技術通過幾個精確的化學轉換步驟，將生物質衍生的乙醇轉化為可與傳統噴氣燃料混合使用的SAF。這一技術不僅關注於生產過程的科學與技術層面，而且強調其環境和經濟的雙重效益。以下是AtJ技術的關鍵步驟及其對應的技術細節和應用影響。

脫水（Dehydration）
- 目的：去除乙醇分子中的氧元素，因為航空燃料的理想組成不包括氧原子。
- 過程：脫水過程中，乙醇被加熱並在催化劑的作用下去除氧元素，轉化為疏水性更強的烴類化合物，即乙烯。
寡聚化（Oligomerization）
- 目的：通過化學反應連接處理后的乙醇（乙烯）分子形成較長的碳鏈。
- 過程：乙烯分子在高壓和催化劑存在的條件下被轉化成長鏈烴類，這些長鏈烴類在化學性質上與常規噴氣燃料相似，為航空使用提供了所需的能量密度和揮發性。
加氫（Hydrogenation）
- 目的：穩定生成的長鏈烴類，增強燃料的性能穩定性。
- 過程：長鏈烴類在加氫過程中與氫氣反應，轉化為更加穩定的飽和烴類，從而提高燃料的抗氧化性和儲存穩定性。
技術應用與經濟環境效益
- 應用：首個商業化AtJ生產設施在美國喬治亞州的開放標誌了此技術的商業可行性和擴展潛力。
- 環境效益：該技術能顯著減少溫室氣體排放，生產過程中的碳中和甚至碳負排放，同時減少硫和顆粒物排放，提供了顯著的環境保護效果。