架起可再生能源政策与可持续航空燃料应用的桥梁：来自西非生物质资源的实证见解

　　可持续航空燃料（SAF）生产路径研究以加纳为例，整合需求预测、生物质评估与碳减排测算，发现通过水解酯和脂肪酸、费托合成及热解等工艺，当地生物质资源可年产超400万吨SAF，满足2030年新兴市场航空燃料需求并实现年减碳1200万吨CO?e。但成本竞争力不足仍是主要制约，需全球协作的政策、融资与基建支持。

　　航空业正面临紧迫的去碳化压力，同时需要保持其可靠性和成本效益。在这一背景下，本研究探讨了可持续航空燃料（SAF）在新兴经济体中的生产路径，结合了航空燃料需求预测、生物质原料评估以及碳减排量估算。以加纳为例，研究分析了不同技术路线下生物质原料的可用性、潜在的SAF产量以及相应的生产成本，旨在为全球航空业的去碳化战略提供实践参考。加纳作为撒哈拉以南非洲的代表国家，不仅拥有丰富的生物质资源，还积极参与了国际民航组织（ICAO）的碳抵消和减排计划（CORSIA），这使其成为评估SAF生产潜力的重要案例。

　　从全球视角来看，航空业是能源密集型行业，其发展速度和规模正在迅速增长。在疫情前，航空交通预计将在2020至2050年间增长三倍。然而，航空业仍然高度依赖化石燃料，约占全球交通运输相关排放的12%，并贡献了约2%-3%的人为排放总量。尽管氢能、电力等可再生能源在地面交通领域逐渐得到应用，但其在航空领域的广泛应用仍受限于能量密度、安全性和基础设施等方面的挑战。因此，SAF作为目前最具可行性、能在短期内实现去碳化的替代燃料，其发展受到原料供应、生产成本和政策支持等因素的制约。

　　本研究的核心在于评估生物质资源在航空燃料生产中的潜力，并探讨其对全球航空业去碳化的贡献。通过结合加纳的航空燃料需求预测、本地验证的生物质残余和废弃物数据，以及与国际民航组织和可再生能源政策目标的关联，研究提供了更具实践意义的证据基础，以支持国内政策制定和国际SAF讨论。研究发现，加纳现有的生物质资源足以生产超过400万吨的SAF，这不仅能够满足该国未来航空燃料需求，还能在全球范围内实现显著的碳减排效果，预计每年可减少超过1200万吨的二氧化碳当量排放。

　　在技术层面，SAF的生产涉及多种生物质转化路径，包括加氢处理酯类和脂肪酸（HEFA）、费托合成（Fischer–Tropsch）以及热解加氢（hydrotreated-pyrolysis）等。每种技术路径在原料选择、生产成本和碳减排效果方面存在差异。例如，基于森林残余物的费托合成SAF的生产成本估计为每公斤1.87美元，只有在副产品商业化的情况下才具有竞争力。而通过热液裂解（HTL）技术处理城市污水污泥的SAF成本可降至每升0.50英镑，这得益于热量回收等工艺整合措施。南非的分布式气化技术与集中式费托合成炼油厂结合，并引入可再生能源氢气，使生产成本降低了18%，同时提升了产量70%。这些案例表明，技术整合和优化是降低SAF生产成本的关键。

　　然而，SAF的经济可行性仍然面临挑战。尽管某些先进技术如“电力转液体”（PtL）路线展现出几乎无限的原料来源和碳中和的生产潜力，但其规模化应用仍受限于不确定的经济模型和基础设施整合需求。此外，投资者对SAF项目的信心也受到多种因素影响，包括资本市场的波动、燃料价格的不确定性以及政策支持的稳定性。研究表明，SAF的盈利能力在很大程度上依赖于政府补贴、政策连续性和技术效率。因此，要实现SAF的大规模应用，必须在技术改进、政策支持和市场机制之间建立协调机制。

　　加纳的SAF生产潜力不仅体现在原料资源的丰富性上，还与其政策环境密切相关。加纳政府自2000年起就着手制定可再生能源政策，以推动生物燃料在交通运输领域的应用。根据《2006-2020年国家能源战略计划》（SNEP），加纳计划逐步将生物燃料纳入国家能源结构。2010年，加纳能源部发布了《能源部门战略与发展规划》（ESSDP），目标是到2020年使可再生能源在国家能源结构中的占比达到10%。该计划还提出通过提供财政和税收激励，支持生物燃料的发展，同时平衡其与粮食安全之间的关系。尽管有这些政策，但加纳的生物燃料产业尚未实现显著增长，尤其是在航空燃料领域，缺乏明确的政策框架和投资保障。

　　在航空燃料需求方面，加纳的航空业消费占全国总能源消耗的7%，且年均增长率保持在6%。2000年至2019年间，加纳的航空燃料消耗从96,731.62吨增长至231,729.49吨，而2022年的数据表明，航空业的燃料消耗已达到216千吨油当量（ktoe）。随着全球航空业的持续扩张，加纳的航空燃料需求预计将在2030年达到286,562.69吨，其下限为201,376.11吨，上限为371,749.27吨。这意味着加纳的生物质资源在满足未来航空燃料需求方面具有巨大潜力，特别是在利用农业和林业残余物、城市固体废弃物以及废弃食用油等非粮食类原料时。

　　生物质原料的多样性为SAF生产提供了多种选择。加纳的农业和林业残余物，如甘蔗渣、木屑、稻壳和棕榈壳等，都是潜在的SAF原料。这些原料不仅来源广泛，而且在技术上具有较高的转化效率。此外，城市固体废弃物（MSW）也是重要的原料来源，其主要成分包括有机废物和塑料等。加纳的MSW日产量已达到13,000吨，其中61%为有机废弃物。这些废弃物可以通过热解转化为生物油，再经过加氢处理获得航空燃料。而废弃食用油（FOG）则主要来自食品加工和屠宰场，其年均产量估计为3,765吨，总产量超过80,000吨。FOG的转化过程与农业和林业残余物类似，均需经过氢化处理以提高其燃料性能。

　　在技术发展方面，近年来生物质转化技术取得了显著进步，尤其是在预处理和集成加工领域。例如，冲击波和压力波技术已被证明能够有效提高生物质的转化效率。针对木本油料作物如“奇迹树”（Jatropha curcas），冲击波处理可使油提取率超过94%，这不仅提高了原料利用率，还降低了后续加工成本。此外，干发酵系统因其较低的资本和运营成本而受到关注，但其消化效率仍需进一步优化。集成处理技术，如将厌氧发酵与热解相结合，已被证明在提高能源回收率和产品附加值方面具有显著优势。这些技术创新表明，未来SAF生产将更加注重高效、低成本的系统设计，以实现可持续发展。

　　与此同时，人工智能（AI）、数字孪生和先进模拟技术正在推动SAF开发进入新的阶段。这些技术能够进行虚拟测试、优化和预测，从而加快研发进程并降低试验成本。例如，AI驱动的循环神经网络（RNN）已被用于预测生物燃料混合物在发动机中的性能表现，减少了研发时间和成本。分子动力学模拟则有助于研究纳米颗粒与燃料之间的相互作用，以提升燃烧效率。数值模拟技术也被用于优化生物燃料喷射和燃烧行为，为SAF的广泛应用提供了科学依据。这些技术的结合使得SAF的设计、发动机集成和大规模部署更加精确和高效，从而降低了技术风险，提升了整体性能。

　　从社会和经济角度来看，SAF的推广不仅需要技术突破，还需要政策支持和社会接受度的提高。研究显示，乘客愿意为使用SAF的航班支付约11%的机票溢价，而企业买家则更关注认证SAF的透明定价模式。航空公司越来越多地将SAF纳入企业社会责任（CSR）报告，以展示其在环境保护和可持续发展方面的努力。然而，能源转型过程中不可避免地会引发利益冲突，特别是在资源分配和政策执行方面。因此，SAF的发展需要综合考虑经济、技术和社会因素，以确保其在不同地区的可行性。

　　加纳的案例研究还揭示了SAF生产在不同生物质原料中的表现差异。例如，橡胶种子因其较高的含油量（可达49%）和较少的经济竞争性，被认为是具有潜力的SAF原料。然而，由于其在加纳的利用尚未得到充分开发，相关研究仍处于探索阶段。此外，其他非食用油料作物如蓖麻籽、木麻黄籽和烟草籽也显示出一定的应用前景。这些原料的使用不仅有助于减少对粮食作物的依赖，还能为农业和林业废弃物的再利用提供新的思路。

　　在可持续发展框架下，SAF的生产路径必须兼顾环境效益和经济可行性。尽管某些技术路径在理论上能够实现显著的碳减排，但其实际应用仍受限于成本、政策和基础设施等多重因素。因此，未来SAF的发展需要在技术优化、政策支持和市场机制之间找到平衡点。例如，通过构建集成生物精炼厂，实现副产品的高附加值利用，可以有效降低SAF的生产成本。同时，政府需要制定长期稳定的政策，以吸引私人投资并确保SAF产业的可持续发展。

　　综上所述，本研究通过结合加纳的航空燃料需求预测、本地生物质资源评估和碳减排分析，为全球航空业的去碳化提供了新的视角和实践参考。研究结果表明，生物质资源在SAF生产中具有重要潜力，但其规模化应用仍需克服成本、技术和政策等多重障碍。未来，SAF的发展将依赖于技术创新、政策协调和社会接受度的提升，以实现航空业的可持续转型。