2022年2月14日|吉姆·莱恩

由Rebecca White博士、Lieve Laurens博士、Nate Kommers博士、藻类生物量组织

《文摘》特别报道

国会在气候变化立法中必须考虑的几十项政策创新中，有一个工具可以帮助下一个阶段脱碳：世界上最重要的产业之一：航空业。

该条款是一项税收抵免，在与传统燃料竞争时，将为可持续航空燃料（SAFs）的生产商提供一个公平的竞争环境。这将标志着解决航空业2%温室气体排放的长期努力进入了一个新时代，并成为建设与世界现有车队合作的可持续燃料基础设施的门户。SAF利用各种可持续燃料原料，如废油、牛脂、农作物或酵母和藻类等微生物。

SAF被证明是有效的，但也受到了限制

制造这些燃料的技术原理存在的时间几乎与制造电动汽车或风能和太阳能的技术一样长。然而，尽管有一长串的优点，包括较低的碳强度、较低的颗粒物水平和更好的性能潜力，但SAF在今天使用的航空燃料中所占比例不到1%。那么，是什么阻碍了事情的发展？

这似乎不是缺乏声音上的支持。全球航空业宣布了碳中和的目标2050。拜登总统承诺到2030年生产30亿加仑可持续燃料，并将航空排放量减少20%。美国航空公司在自身的支持下支持了这些令人印象深刻的承诺，全面采用可持续航空燃料的目标，并使用SAFs运营航班[2]。

这也不是一个技术问题，因为一个由工程师和科学家组成的专门团体以无数方式改进了SAF生产。大多数SAF都是由生物质制成的，通常是大豆等作物或酵母菌或藻类等微生物。每一项都取得了巨大的成功。就在去年秋天，霍尼韦尔公司宣布[3]其精炼工艺已成功用于向商业航班供应源自微藻的SAF。

事实上，以藻类为基础的SAF的故事为延迟航空脱碳的障碍提供了一个有趣的案例研究。十年前，人们对藻类燃料产生了狂热的兴趣，这激起了许多初创公司的投资和崇高承诺——所有这些都是基于对藻类如何有效地将阳光、水和肥料转化为燃料的非常令人兴奋但也是初步的技术分析。不幸的是，这些承诺让位于拖延，然后是失望，最后是对燃料是否会起作用的彻底怀疑。

然而，在过去十年中，藻类产业一直在悄悄克服这些障碍。没有一项突破成为头条新闻。相反，数十项全面的新创新提高了效率，简化了流程，提高了生产可能性。

这种反复的技术进步正在显示出真正的结果。作为太平洋西北国家实验室DISCOVR研发联盟的一部分，从第N个工厂的商业规模来看，生产一吨藻类的成本估算已降至每吨约600美元[4]。全球藻类创新公司是一些领先的合作研究项目的一部分，该公司估计每吨的生产成本约为800美元[5]。这些数字是10年前的几倍。

换言之：如果藻类可以扩大到这个范围内的商业生产成本，这将转化为接近经济可行性的航空燃料价格，同时减少碳排放。这足以激励人们与石油燃料竞争，尤其是在现有政策支持或考虑副产品机会的情况下，以及国际社会对航空业脱碳的承诺。

SAFs的一个更重要的障碍是提供所需的燃料量，以改变年度混合能力。这一直是与创新SAF生产路线相关的主要障碍。虽然许多途径被批准并确认为可再生燃料生产的可持续途径[6]，但原料的可扩展性（即到2050年达到350亿加仑SAF[7]）通常不具备可行性。

藻类作为一种高产的创新农业作物的出现，提供了一个可扩展性和碳效率的机会，而这一机会即将产生重大影响。根据生产力，目前从开放、大规模藻类池塘获得的产量至少是陆地作物的三倍，每英亩藻类生物量约为30吨，而玉米通常每英亩产量约为7-8吨。微藻可以将大豆的最低产量（每英亩SAF前体<0.4吨）提高到10吨或更多，所需的土地足迹要少几个数量级。这对于温室气体影响来说是一个伟大的结果！

此外，藻类生物量非常适合在现有的炼油基础设施中进行加工。藻类生物量保守地包括约五分之一的脂肪酸和衍生油，其分子组成直接或与其他原料结合，非常适合进入现有炼油厂的加氢处理装置，并按照经ASTM认证（D7566）的加氢酯和脂肪酸（HEFA）途径生产混合型SAF。由于具有诱人的碳链长度，海藻油通常处于理想的位置，有助于形成HEFA-SAF。然而，为了对SAFs做出实质性贡献，藻类生物量中的藻类油含量需要超过目前在大规模养殖系统中证明的水平。

除了纯产量之外，藻类原料的生物量成分（其重量的50%以上为碳）成为生产脂肪酸和乙醇衍生SAF的有吸引力的原料。高碳含量通常被用作一种有效的碳捕获策略。生物质元素组成转化为每生产一吨生物质可储存约两吨二氧化碳，这比正义更有效，例如未来可能的生产者税收抵免，将显著降低成本负担，并刺激所需的大规模生物精炼部署。

根据最近对全国藻类生产潜力进行的资源和可持续性评估[8]，考虑到在非耕地上进行高产农业部署，预计超过1000个大型藻类养殖场可生产200亿加仑的SAF。即使是面积不大的100英亩农场也能提供机会，例如3000吨生物量，或相当于超过120000加仑（或3000桶）的SAF，可持续地进行光合作用生产。这清楚地表明了藻类在全国范围内对SAF的探索中的巨大潜力，并为藻类技术的部署提供了支持。此外，最近的废水处理报告计算出，利用可用的废水资源，每年有可能实现400-600万吨藻类生物量，相当于3-5亿加仑SAF[9]，

现有的国家级政策信用，如可再生燃料标准下的RIN信用，可用于支持藻类技术部署的必要快速扩张。如果可再生液体SAF的生产与石油衍生SAF的对应产品相比，温室气体排放量至少减少50%，那么当前的立法包括高达3美元/GGE的信贷[10]。D5漂洗液已经可以从海藻中获取光合产生的脂肪酸。脂肪酸衍生的SAF不仅符合RIN信用，ASTM航空燃料标准长期以来规定并批准了生物衍生成分，例如来自原料（包括光合藻类和其他藻类）的脂肪酸（在HEFA途径中）[11]。

SAFs的下一阶段

那么，为什么这些支持和技术进步没有转化为更可持续的天空呢？这可以归结为最后一个障碍：规模。

与化石燃料的规模经济相比，目前的SAF生产设施很小。除非我们能够实现有意义的生产，否则许多人为低碳航空业设定的目标将不可能实现。

有一些迹象表明，SAF生产正在进行重大投资。生物燃料生产领域的全球领导者雀巢公司最近宣布，将新增50万吨可持续航空燃料的生产能力[12]。这相当于大约1.65亿加仑。一些估计表明，从原料的角度来看，到2030年，有足够的原材料为所有的航空业提供燃料，但新技术和工厂的规模阻碍了生产，这些新技术和工厂可以使用较少约束的原料[13]。如果我们看看全球已经宣布或已经投产的SAF生产厂的数量，我们可以看到，到2025年，产量将接近350万公吨[14]。这相当于超过10亿加仑，但仍然只是拜登政府到2030年仅为美国制定的目标的一半。我们正朝着正确的方向前进，但我们需要加快步伐。

每一种可行的原料都需要更多能够将生物质转化为SAF的物理基础设施。这些都是资本密集型的努力，其中许多可能需要很长时间才能实现有意义的投资回报。这就是为什么税收抵免被纳入重建更好的立法，以及其他针对商业生产的政策支持，是如此重要。

SAF税收抵免将给生产商和投资者带来一种稳定感，使其更容易致力于建设大型设施。今天，我们看到一个充斥着电动汽车、可再生电力以及汽车和卡车用低碳液体燃料的市场，当类似的税收抵免提供这些技术所需的润滑剂时，这些燃料被涡轮增压，以向资本市场表明它们可以成为可行的替代品。

税收政策也不必单独行动。其他有效的项目包括公私合作，可以展示大规模生产，基本上向潜在投资者证明什么样的模式可行。

如果我们给予SAF所需的推动，我们将克服许多新技术在现阶段开发中面临的最后一道障碍，即在证明可行性和达到适当进入市场的规模之间。

就SAF而言，从证明技术可行性到实现真正的商业规模可能会带来复合效益。全球藻类生产的更大基础将使这种相对较新的原料有机会在其他市场取得成功，这些市场可以受益于低碳原料：更可持续的食品生产、可以取代石油基塑料或化学品的生物材料，以及水处理等服务。

我们今天需要的政策领导人的承诺是，将SAF推向商业规模。接下来将是向更清洁的天空的显著过渡，一个新的经济增长部门，以及向所有其他与脱碳斗争的行业发出的信息：这是可以做到的。

本文转载自微藻博士微信公众号