隨著全球航空業(yè)向低碳轉(zhuǎn)型，可持續(xù)航空燃料(SAF)被認為是最具潛力的減碳途徑之一，但目前其使用比例仍不足1%，主要受限于高成本。近日，清華大學環(huán)境學院趙明副教授課題組和哈佛大學教授邁克爾·麥克爾羅伊(Michael B. McElroy)等合作在航空環(huán)境影響研究領域取得新進展。研究團隊提出了一條兼顧“零廢城市”和“低碳航空”雙重目標的路徑：將不斷增長的城市生活垃圾(MSW)轉(zhuǎn)化為航空燃料。該研究基于工業(yè)規(guī)模的氣化與費托合成數(shù)據(jù)，對MSW制SAF的全生命周期進行了系統(tǒng)評估。 
當前，全球正在積極探索加氫酯化與脂肪酸(HEFA)、氣化-費托合成(FT)、酒精制航油(ATJ)以及電轉(zhuǎn)液體燃料(PTL)等多種SAF生產(chǎn)路徑。然而，這些技術大多起源于生物燃料產(chǎn)業(yè)，原料主要依賴糧食或飼料作物，存在土地競爭、碳減排有限、供應受限等問題。目前唯一實現(xiàn)商業(yè)化的HEFA路線因原料稀缺已在多國受限，而ATJ、FT雖然前景廣闊，卻因成本高、投資大、工藝復雜難以被大規(guī)模應用。相比之下，以廢棄物作為碳源被認為是更具可持續(xù)性的選擇。在眾多廢棄物原料中，城市生活垃圾(MSW)因收集體系完善、來源穩(wěn)定、無需額外耕地而極具潛力。然而，MSW組分復雜、含水量高、顆粒不均等特點使其氣化過程充滿挑戰(zhàn)。目前，多數(shù)研究仍停留在理論建模階段，缺乏基于真實工業(yè)數(shù)據(jù)的驗證。
基于此，研究團隊結(jié)合工業(yè)規(guī)模的氣化-費托合成數(shù)據(jù)，系統(tǒng)評估MSW制SAF的減排潛力與技術瓶頸。研究旨在為“零廢城市”與“低碳航空”的融合提供切實可行的解決方案，展示將城市生活垃圾轉(zhuǎn)化為低碳航油的可行路徑。結(jié)果顯示，這一路徑比傳統(tǒng)航油可減少約80%~90%的溫室氣體排放，每處理1噸垃圾可減排超過170千克二氧化碳。如果在過程中引入綠氫，減排潛力還能再提高約50%。如果在全球范圍內(nèi)推廣，這一技術每年可生產(chǎn)逾5000萬噸可持續(xù)航空燃料，帶來約16%的航空業(yè)減排潛力。以歐洲為例，研究估算的年產(chǎn)能(540萬噸)已超過歐盟可持續(xù)燃料摻混要求，并符合其對非糧食原料的政策限制。經(jīng)濟分析還表明，在碳抵消與減排計劃(CORSIA)框架下推廣MSW制SAF，可在獲得補貼時顯著降低行業(yè)減排成本。
MSW-SAF的全生命周期溫室氣體排放評估
研究成果以“城市固體廢棄物制造可持續(xù)航空燃料”(Powering air travel with jet fuel derived from municipal solid waste)為題，于11月3日發(fā)表于《自然·可持續(xù)性》(Nature Sustainability)。
哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)博士后張敬然(清華大學環(huán)境學院2022屆博士畢業(yè)生)為論文第一作者。清華大學環(huán)境學院副教授趙明和哈佛大學教授邁克爾·麥克爾羅伊為論文通訊作者。清華大學環(huán)境學院郝吉明院士、吳燁教授、張少君副教授、王放博士、陳兆佳博士、董衛(wèi)果博士，以及哈佛大學克里斯·尼爾森(Chris P. Nielsen)等在模擬方法和結(jié)果討論等方面提供了重要幫助。來自蘇州允清環(huán)境能源科技有限公司和中國神華能源股份有限公司的專家為研究提供了重要的專業(yè)咨詢。
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