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文：郭汀汀 李华杰 聂卫东 许国宏，中国航油集团国际控股有限公司，中国能源
一、引言
随着全球对气候变化问题的重视和经济社会对可持续发展要求的不断提高，国际社会对航空业碳减排的呼声越来越高，国际民航组织（International Civil Aviation Organizition，简称ICAO）、国际航空运输协会（International Air Transport Association，简称IATA）等机构纷纷提出航空业碳减排的目标和实施路径，航空业面临日益严峻的碳减排压力。在“双碳”目标下，中国民航局在《“十四五”民航绿色发展规划》中明确提出要发展可持续航空燃料。2023年4月6日在中法两国元首见证下，中国航油与空客公司签署可持续航空燃料供应合作协议，航空业减碳步伐加快。航空业碳减排关键在于航空油料的绿色化。生物航油以其技术相对成熟、原料丰富、对现有航空发动机适应性好、全生命周期基本实现零碳排放等优势，而成为当前商用规模最大、发展潜力较好的绿色航空燃料品种，近年来其产业在低碳发展理念的推动下获得了较快发展。
生物航油发展已有10余年历程，商业应用日益广泛，国内尚鲜见从产业角度对其进行研究。本文对生物航油产业展开研究，分析其产业结构及影响因素，并对我国发展生物航油产业提出建议。
二、生物航油及其产业发展历程
2019年，航空业温室气体排放占全球排放的1.8%（约10.6亿吨二氧化碳），占排放总量的2.5%～3%。据国际航空运输协会预测，如果不采取减碳措施，到本世纪中叶航空业温室气体排放将占全球排放总量的22%。航油燃烧约占总排放量的79%，可持续航空燃料（SustainableAviationFuel，可持续航油燃料，简称SAF）对传统化石航油的替代是减碳的关键。电动、氢能飞机和以生物航油为燃料的飞机均可大幅降低碳排放，但从当前技术水平看，电动和氢能飞机的大规模商业化应用还不成熟，而生物航油以其来源广泛、具有与化石航油基本相同的特质、无须改动发动机的特征，在当前最具商业前景，目前所称的SAF即指生物航油。
生物航油是以多种动植物油脂或其它生物质材料为原料，采用加氢脱氧等技术生产出来的航空燃料，从原料生产、航油炼制和使用全生命周期角度考虑，较化石航油可以降低80%以上的温室气体排放，且无须改变飞机和机场基础设施。国际民航组织、国际航空运输协会等机构，均将生物航油的大规模使用作为航空业减碳的有力措施。生物航油从实验室走向商业，经历了较长的尝试和发展阶段。2011年10月7日，英国汤普森航空公司成功推出了首个由英国机场始发的“地沟油航班”，可以视为生物航油首个商业化应用。生物航油产业的发展，可划分为在全球关注航空业碳减排之前和之后两个时期。
第一个时期（2011年～2016年），生物航油的推动力量在欧洲，主要是试验性的商业化飞行。2012年1月1日起，欧盟通过以征收航空碳税的形式将民用航空领域纳入其碳排放交易体系之中。虽然这一做法受到了国际社会的强烈反对，违反了规制气候变化的《气候变化框架公约》和《京都议定书》，也违反了规制民用航空的《芝加哥公约》，但仍然警醒全球逐渐意识到航空业脱碳的必然趋势，也将目光聚集到生物航油的试验应用上。美国、荷兰、中国等相继开展生物航油试验生产和飞行，但这一时期，生物航油市场还未建立，各厂商仍然是试验性质地研究和生产，航空公司也是试验性地飞行，生物航油产业总体上还处于孕育阶段。第二个时期（2016年～至今），生物航油的发展仍由欧洲拉动，但全球各国商业化应用的主动性普遍增强。2016年,国际民航组织提出了国际航空碳抵消及减排机制(Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation，国际航空业碳抵消与削减机制，简称CORSIA)。这是第一个全球性的行业市场减排机制，并明确从2027年开始该机制将具有强制性。在需求和使用侧，航空业公司在碳排放收紧的政策、补贴激励政策和企业自身对环保、社会和治理（Environment、Social、Corporate
Governance，简称ESG）的要求下，加快使用生物航油以降低碳排放。如美国大陆航空、德国汉莎航空、荷兰皇家航空、日本全日空航空等纷纷加大对生物航油的采购和使用；一些机场为了降低碳排放，提出“低碳机场”“近零碳机场”的概念。在生产和供应侧，为满足不断增长的生物航油需求抢占市场，传统油品生产商和新兴企业加快对生物航油产业投资和布局，不断提高生物航油产量以满足市场需要。英国石油、皇家荷兰壳牌公司、道达尔公司、NESTE、SKYNRG、中石油、中石化、三聚环保等纷纷加大对生物航油的研发、投资和生产，以抢占这一前景广阔的绿色能源市场。在这一时期，生物航油的技术路线不断创新、原料范围不断扩大，生产和消费量不断升高，生物航油产业进入快速的发展阶段。经过10多年的发展，全球生物航油逐渐形成了不同于传统化石航油的独特供需格局。从总量上看，全球生物航油的消费量和产量逐年增高。消费量2019年约0.25亿升，2020年约0.63亿升，2021年为1亿升，2022年约3亿升；生产量2019年约0.5亿升，2020年约1.25亿升，2021年约1.5亿升，2022年超过3亿升。从供需总量数据看，一是生物航油生产和消费增长很快，二是随着航空业减碳政策不断收紧，已从供需宽松转向供需紧张的格局。国际航协表示，2022年“航空公司用尽了每一滴生产出的SAF”。但值得注意的是，由于生物航油和二代生物柴油可以共用原材料和工艺设施，烃基生物柴油（Hydrogenated Vegetable Oil，简称HVO）的产能在一定程度上可以视为SAF的生产供应上限。因此，如果把HVO产能加进去，目前广义的SAF生产供应能力仍然大大超过需求，随着生物燃料厂商不断投资新建、扩建、改建的生物航油工厂投产，SAF的生产供应能力在短期内更将远超需求。但如果欧盟、国际民航组织和国际航协、各国政府等提高对生物航油的强制使用比例和要求，根据国际航协的测算数据，目前的广义SAF产能将远不能满足需求。从区域上看，当前使用生物航油是由欧洲航空公司发起和拉动的，绝大部分的生物航油使用主要集中在欧洲，美国有少量使用，其它区域都是试验性的使用，如中国仅限于国航、东航等试验飞行和空客飞机交付的掺混加注。但生物航油的生产与使用区域并不重叠，目前主要形成了以欧洲、南北美洲、东南亚和中国为主的几大生产区域，且形成了东南亚、中国、巴西和阿根廷生产出的产品出口至欧洲使用的格局。从结构上看，目前商业化的生物航油生产主要采用脂肪酸类加氢处理的技术路线(Hydroprocessed
Esters and Fatty Acids，加氢处理的脂类和脂肪酸燃料，简称HEFA)，其它技术路线由于原材料、产出率、经济性等原因尚很少采用，仍在不断探索中。生物航油与传统化石航油的一个显著区别是，生物航油会以原材料的不同划分为不同的品种，如由菜籽油、大豆油、棕榈油、餐厨废油（Used Cooking Oil，简称UCO）等生产的SAF，不同的SAF价格也不一致。目前，东南亚主要以棕榈油为原料，美国主要以大豆、玉米为原料，欧洲主要以菜籽油和UCO为原料，中国以UCO为原料。随着全球对粮食安全的关注，以粮食作物生产越来越受到制约，如棕榈油SAF已在欧洲受到限制，以UCO生产的SAF市场越来越大。从生物航油产业链条来看，整个产业包括上游原材料环节、中游生产炼制环节、下游供应和消费环节。生物航油的上游原材料环节包括原料的收集、生产、加工、销售。生物航油的原料具有不标准、分散化、难获取、难以持续稳定供应等特点。在对SAF的技术认定上，美国材料测试协会(American Society for Testing
Materials，简称ASTM)制定了编号为ASTMD7566的行业技术标准。截至2022年底，共有八种主流技术路线，原料结构涵盖非食用动植物油、动物脂肪等，并随着技术迭代逐渐向废油、微生物油转型升级。HEFA是目前商业化应用的主流技术路线，原材料是动植物油和餐厨废油。在当前以HEFA为主流的技术路线下，上游散乱的结构使原材料市场具有鲜明的“因地制宜、分散布局”的特征。从全球原材料市场来看，分为欧洲、美洲、东南亚和中国区域市场。每个市场主要与该区域稳定的原材料和生物燃料原料政策导向有关。原材料在欧洲主要是菜籽油、南北美洲主要是大豆、东南亚主要是棕榈油，中国从“不与人争粮”政策出发，原料主要是餐厨废油。对应于区域特征明显的原料市场，参与上游市场的主体相应具有多样化的特点。为了寻找多余农产品的消费市场，提高议价能力，最早参与上游市场的是农产品公司，如美国从以大豆为乙醇汽油、印度尼西亚和马来西亚以棕榈油为生物柴油提供原料，逐渐扩展到为生物航油提供原料。为了确保原料的稳定供应，传统石化公司和生物燃料生产企业也进入上游市场，如英国石油BP在2022年收购了英国最大加氢植物油供应商GBF30%的股份，还与农业与种子公司Nufarm签订了为期10年的战略承购和市场开发协议，以获得生产可持续生物燃料的原料供应。由于原料和生产区域的分割，且为了从原油、成品油、农产品价格波动中套保或牟利，各大贸易商也加入了上游原料市场，期货市场主体也间接进入了这个市场。除此以外，还有一些原本不涉及该市场的主体也进入该领域，如我国的上市公司山高环能在国内餐厨废油收集领域优势明显，2022年底已达到日收集处理能力约5000吨，顶峰集团也在餐厨废油收集领域展开布局。上游市场的分散特征和多样化的市场参与主体，使其竞争格局较为激烈，并未形成垄断或寡头格局，有利于中游生产环节对上游的议价能力，但不利于上游市场的统一有序发展。生物航油的生产炼制是整个产业链最关键的环节，决定了整个行业的技术水平和效率，对上游原料市场的发展也具有决定性意义，从产能上对下游供应和消费市场具有重要的约束能力。在技术路线上，与传统化石航油已经具有的成熟稳定生产技术路线不同，生物航油的生产炼制呈现出“多种技术路线并存、HEFA一家独大”的特征。前文已述，目前存在8种主流技术路线，主要受制于原材料稳定获取、工艺复杂性、产出率和生产线投资等因素影响，技术发展较慢。当前，商业化应用最成熟、最主流的为HEFA技术路线，已投产或正在建设的生物航油工厂绝大部分采用该技术路线，费托合成法和醇喷合成法技术路线有部分应用。生物航油的生产和生物柴油密切相关，两者生产原料相同，二代生物柴油装置能够通过工艺延伸和参数调节后直接生产生物航油，因此除部分专用于生产生物航油的装置外，很多工厂可以在生物柴油和生物航油之间根据市场需求切换。从区域布局看，为了兼顾原材料获取和产品贸易销售的便利性，生物航油炼厂主要分布在荷兰、西班牙、美国的印第安纳和俄勒冈州等区、巴西的皮奥伊和圣保罗州、印度尼西亚、马来西亚、新加坡、中国、日本和韩国等地。从市场参与主体来看，生物航油的炼制企业主要包括新兴生物燃料生产公司、传统航油供应公司和传统的炼化公司。经过十几年的发展，已在全球形成了“几家头部企业+一系列本土中型企业”的发展格局。新兴生物燃料生产公司起步较早，多是从技术研发突破后形成新技术、新工艺转入生产炼制。如荷兰Neste公司原本生产润滑油、化工品，通过研发最早形成可商业化应用的HEFA技术，在短短几年时间便成为了行业头部公司，并在新加坡投资目前产量最大的生物航油炼厂（年产100万吨）。中国的海新能科公司（原三聚环保）、嘉澳环保、卓越新能等纷纷宣布进入生物航油领域，使中国SAF产能迅速提高。传统航油公司如西班牙EXOLUM（原西班牙油料后勤CLH公司）、美国WORLDENERGY（世界燃料公司）也向上游延伸布局生物航油炼制。越来越多的传统炼化公司进入生物航油生产领域。TotalEnergies（道达尔能源公司）2021年、2022年在位于法国的几家炼厂开始生产SAF。Shell（壳牌公司）一方面改造炼油厂以生产SAF，一方面在全球投资布局生物航油生产厂，如在鹿特丹壳牌能源和化工园区建设欧洲最大的生物燃料设施之一生产SAF等。中国石化镇海炼化作为我国首个获得RSB认证的企业，已经完成年产10万吨SAF的生产线建设。下游的供应和消费是拉动生物航油产业发展的主要环节，其包含生物航油的采购、运输、存储、销售和加注。和任何一个市场化行业一样，生物航油产业的发展最终依靠的是消费。航油贸易商、航油供应公司、航空公司、机场和碳交易机构构成了生物航油下游的市场主体。广义的下游供应和消费主体还包含乘坐飞机的个人。航油贸易商和航油供应公司通过油品采购、贸易和运输等方式为终端消费提供了生物航油产品和供油服务；航空公司是最终消费用户，向航油公司采购油品和加注服务，是下游环节的关键主体；机场公司不直接参与航油交易，但会对本机场加注的生物航油比例提出要求；由于生物航油在碳交易框架内本身具有碳抵消（Certified Emission Reduction，简称CER；在国内为Chinese Certified Emission Reduction，简称CCER）的特征，生物航油的使用与碳交易密切相关，航空公司可以将使用生物航油产生的碳信用使用到碳市场交易。在下游，航空公司具有绝对的话语权。当前，由于成本高昂（生物航油的价格一般为传统航油价格的2～4倍）、供应量有限，各国航空公司对待生物航油的态度并不一致。其中，欧美航空公司出于碳减排的要求和企业ESG的考虑，更愿意使用生物航油，并占据了实际应用的绝大部分。但新兴市场和其它区域航空公司仅少量试飞行，实质应用较少，如我国在2011年即完成了首次航空生物燃料的验证飞行，但10多年来，并没有大规模使用生物航油飞行。由于各国航空公司使用生物航油的实践程度不一样，在下游提供航油产品和服务的航油公司对生物航油的参与度也不同。全球航油供应市场一直是“几家跨国供应巨头+本土供应公司”的格局。一般而言，由于航油业的半垄断属性，各国的国家石油公司或国家航油公司负责各自国内的航油供应，但壳牌航空、BP航空、道达尔、世界燃料公司等凭借其全球资源和市场优势，在全球各地开展航油供应。生物航油供应在一定程度上打破了该格局。由于目前仅欧美等发达经济体航空公司使用生物航油，皆由壳牌航空、BP航空等欧美航油公司供应，一般国家的航油公司极少供应。如在我国，10余年来，中国航空油料集团有限公司给国内几大航空公司的试飞行、天津空客的飞机交付、多彩贵州航空公司等提供了生物航油供应，但尚未提供大规模商业化的航油供应。随着国内各界对生物航油使用重视的不断提高，生物航油使用的提升将带动相关产业的发展。生物航油产业受政策驱动影响明显。在发展初期，与传统化石航油产业相比，生物航油虽然具有绿色环保、可持续发展的优势，但在经济性上远不及化石航油，完全依靠市场培育难度很大，因此，政策是驱动生物航油产业发展的关键力量。航空业领域的国际组织、欧盟和有关国家都出台了相关规制和鼓励政策。一是航空领域国际组织对航空业碳减排的要求越来越严格。国际民航组织在2016年通过了国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA），2022年的ICAO第41届大会通过了2050年航空业零碳目标的决定，并进一步明确自2027年起强制执行航空公司降低碳排放的硬性规定。国际航协早在2008年的吉隆坡年会上通过了减排目标，即从2020年开始，碳排放实现零增长；在2021年10月的第77届国际航空运输协会年会批准了全球航空运输业于2050年实现净零碳排放的决议。欧洲航空安全局、美国航空公司协会A4A、世界航空运输行动小组ATAG等均提出了航空业的净零目标和路径。国际组织的强制约束，使全球航空业达成了对减碳必要性的一致认识，减碳不再是优化选项，而是发展的必然，更多的航空公司、能源公司转向发展生物航油。二是欧盟最早将航空业纳入碳减排行业。《欧盟排放权交易体系指令的第二次修正案》(2008/101/EC)是首个专门规制航空碳排放的制度，把航空业纳入了碳排放权交易机制中。该修正案要求，自2012年1月1日起，不论从欧盟成员国范围内起降的航空器是否属于欧盟国家，其航班全程中排出的二氧化碳都将被强制性地纳入碳排放权的交易体系。航空碳排放总量受配额限制，超出配额的航空器必须在碳排放权交易市场购买超出部分的碳排放量。该规制警醒了航空业对碳减排的认识，激发了生物航油的发展。三是随着全球对气候变化问题的重视，越来越多的国家相继出台航空业碳排放约束政策，其中最重要的方面是强制使用绿色航空燃料。2021年美国重返巴黎协定，提出到2030年将航空碳排放降低20%。欧盟于2021年7月提出“Fit for 55”法规与政策一揽子提案，确保欧盟温室气体净排放量在2030年减少55%，逐渐取消航空免费碳排放配额，与国际航空业碳抵消与削减机制CORSIA计划保持一致，并提出到2025年，在欧盟机场加注的飞机生物航油需占比2%，到2050年提高至63%。同时，欧盟对可持续航空燃料的原料先进性重新进行了规制，如对棕榈油等进行限制。2022年2月4日，35个欧洲国家和146个行业利益相关团体在法国图卢兹签署了《图卢兹宣言》，制定了具体政策，以帮助欧洲航空业实现到2050年二氧化碳净零排放。日本、印度、韩国、新加坡等国都在本国零碳目标的框架内设定了航空业减碳的具体目标和路径。这些政策一方面提振了生物航油市场主体的信心，另一方面提出了航空业减碳的具体约束目标，有力地促进了生物航油产业的发展。出于国家能源安全的考虑，我国早在2006年便由中国石化开始研发生物航油，次年中石油也进入该领域。但在强调“不与人争粮，不与粮争地”的政策导向下，我国发展生物航油的主要原料是餐厨废油、地沟油等。2020年我国提出“双碳”目标，《民航“十四五”绿色发展规划》提出五年间累计消费生物航油5万吨，2025年完成使用2万吨，2021年国家统一碳市场建立并将航空业纳入减碳行业，中国航空业减碳步伐提速。2022年ICAO第41届大会上，中国政府同意通过到2050年航空业实现零碳目标的决定及CORSIA机制，2023年3月民航局在山东威海举办首届民航绿色展，进一步凸显了中国航空业绿色发展的承诺和决心，生物航油产业在中国的发展步入快车道。四是越来越多的国家出台鼓励政策以支持生物航油产业的发展。欧美国家均出台了鼓励生物航油产业发展的政策，如美国自2004年起在就业法案推出掺混抵税补贴政策，每掺混1加仑可再生燃料即可获得1美元税收抵免补贴。欧盟提出“多倍计数(Multiplier)”措施，即低碳和可持续燃料的“碳减排效力”可以多倍计算，以此激励使用可持续燃料。英国从2021年初开始，规定新的和现有SAF项目都可以申请1500万英镑的可持续发展基金份额。这些鼓励措施进一步提高了生物航油产业参与者的积极性。我国除了出台生物柴油的增值税先征后退和免征消费税政策外，在生物航油领域尚没有出台特别的鼓励政策。由于生物航油产业链较长，涵盖农产品、城市垃圾、油品、航空业、环保等不同领域，其发展还受诸多其它因素的影响。一是，原料是制约生物航油产业发展的关键因素。原料问题主要体现在在当前技术路径下可用原料总量有限。目前经美国材料测试协会(ASTM)认证的8种制备生物航油的技术路线，无论是醇喷合成，还是HEFA等，其所需的原料都具有分散、量小、热值低、持续稳定获取难度大等问题。以目前商用主流技术路线HEFA所用主要原料餐厨废油（UCO）为例，收集能力和可用原料上限是最大问题。以我国为例，2021年我国餐厨垃圾产量为1.21亿吨，潜在含油率5%，对应约600万吨废弃油脂。据国家发展和改革委员会调查数据显示，可统计的地沟油规模已达40万吨/年，还存在各种尚未得到妥善处理的其他形式废弃油脂，综合考虑消费方式、资源集中度、可收集范围等因素，实际可供收集量约为800万吨。但由于废弃油脂产生源头众多，餐饮企业、酒店宾馆、屠宰企业、单位食堂以及居民家庭厨房等数量巨大、分布广泛，集中收集较为困难，目前我国餐饮废弃油脂收集利用量约为300万吨（利用率不足40%），且即使全部利用，也与航空业长期减碳所需的生物航油原料数量相去甚远，同时餐厨废油(UCO)还用于生物柴油、其它产品等领域。在当前全球生物航油消费量尚较低时，生物航油炼厂的原料尚能供应，一旦需求端放量，现有技术路线下的原料将远不能满足生产的需要。二是，生物航油价格对产业发展有重要影响，而影响价格的因素众多。当前，生物航油产品的定价既在成本端受原料价格波动的影响，也在销售端受化石航油价格的影响，而石油价格同时影响原料端和销售端的价格。当石油价格升高时，一般情况下会带动棕榈油等油脂价格走高，给生物航油产业成本带来压力，同时石油价格和化石航油价格可能出现背离，使增加的原料成本难以转嫁出去，抑制生物航油的生产积极性。高企的化石航油价格会拉高生物航油价格，提高生物航油生产和供应侧的盈利能力，带动产业发展。目前，在政策影响和行业扩张的阶段，生物航油产业对价格的敏感度还远不明显，即使在原材料端价格高企、化石航油价格低迷的阶段，生物航油企业为了占据市场也会加大投资布局、提高产量。理论而言，碳价和生物航油消费量应该呈正相关关系，碳价越高，为了降低购买碳汇的成本更应使用生物航油，但企业会对碳价和生物航油的额外成本进行比较。总之，在市场环境下，生物航油产业的发展将受原料、石油、被替代品和碳排放价格波动的共同影响。我国是航空大国，航空业体量居世界第二，仅排在美国之后。在全球碳减排和我国提出“双碳”目标的大背景下，航空业减碳具有必然性，生物航油涵盖农业、能源、民航、环保多领域，对其产业在中国的发展既不能操之过急，也不能松弛懈怠，必须坚持稳字当头，稳中求进。一是在政策层面要坚持“以我为主”立足国内需求，同时兼顾国际形势的需要。我国航空业减碳面临一定的紧迫性和必然性，与欧美相比，我国生物航油生产和应用较少，产业发展亟须得到各界重视。发展我国生物航油产业既要着眼国际要求，也要考虑发展安全和可行性，特别是在疫情三年航空业巨亏后，发展生物航油产业必须充分考虑各相关方的经济性，宜快则快，宜稳则稳，兼顾安全、经济和环保要求。二是推动国内企业加快形成与规划要求相一致的生物航油生产能力，既避免产能不足，也防止产能过剩，切实保障国内生物航油的供应。目前，尽管国内对生物航油使用的强制性要求不高，整个“十四五”时期使用5万吨，但不少企业已开始加大对生物航油生产的投资和建设。推动企业形成与近、远期规划相一致的产能和布局，既着眼当前，也着眼长远；既防止产能建设过大，也防止一旦航空业减碳步伐加快而生物航油产能无法满足的情况发生；同时，建议出台鼓励产业发展的相关支持政策，避免政策下的一哄而上。三是引导生物航油业内企业有序发展，推动行业资源整合，培育行业龙头企业，提高我国生物航油产业的发展水平。目前，生物航油产业在国内尚属一个新兴行业，发展迅速，但上游的油脂市场和下游的航空市场存在较大的距离，产业上、中、下游格局尚较散乱，存在一定程度分散发展的问题，亟须从战略高度在政策的引导下，规范行业市场发展，促进行业资源整合，提高行业集中度，培育出行业龙头，引领我国生物航油健康、有序发展。四是坚持深入开展生物航油科技自主研发，加强国际合作，提高我国生物航油产业在全球的影响力。总体而言，生物航油作为一个新兴行业，其技术还远未达到成熟、稳定的阶段，而技术是该行业的关键所在，需鼓励有关科研院所、企业加大对生物航油的科技研发，提高我国生物航油发展的技术水平，确保我国生物航油产业链、供应链的核心技术始终安全。通过加强在研发、生产、供应领域的国际合作，交流国际先进技术，进一步提高我国生物航油科技实力和应用能力，使我国生物航油产业在全球具有相当的影响力。
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