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两万字长文!聊聊可持续航空燃料的底层逻辑

发布日期:2025-02-05 00:13    点击次数:164

【苹果π】是国科创投推出的行研栏目。苹果,见证了人类发展的几个重要时刻:第一个苹果出现在伊甸园,代表着人类求知的本能,是科学的原动力;第二个苹果,参与了万有引力的发现过程,自此之后数学(或计算)进入自然科学的各个学科,各个学科由此而迭代更新;第三个苹果,见证了一个伟大的生命的凋零——图灵,把计算和机器联系到一起;第四个苹果,开启了一个计算无所不在、无时不在的时代;那么第五个苹果,在哪里呢?π,代表着无限可能,也代表着我们对未来科技与产业发展的无限畅想。我们将从产业发展和资本驱动的视角对前沿技术变革、企业创新和产业生态进行系统性思考,探索未来科技发展的挑战与机会,为价值投资提供路线指引,为产业转型升级提供智力支持。

笔者按

近年来,特别是2023年三季度以来,可持续航空燃料受到投资界、产业界和学术界的广泛关注,很多投资分析和科普文章已经珠玉在前。本文的重点不在于介绍可持续航空燃料的基本概念,也不会罗列政策文件和技术规范,而是结合笔者在绿色化工领域投资和产业实践中的认识,梳理商业现象的来龙去脉,并试图论证可持续航空燃料早期投资的底层逻辑,同时会延伸谈谈笔者对相关能源问题的思考。

【以下为正文】

一、民航业脱碳:趋势明确、约束力强

2016年10月,在加拿大蒙特利尔举行的第39届ICAO(国际民用航空组织)大会上,ICAO的191个成员国通过了一项称为CORSIA(国际航空碳抵消和减排)的计划。彼时,“双碳”目标要在四年后才正式提出,“碳抵消““碳减排”这类概念在国内还有很大争议。

在这一氛围下,除了民航业人士外,国内恐怕很少有人关注到CORSIA这一冷僻的概念。回想起来,笔者那时在中石化参加工作刚满一年多,整个石油行业都因为不断创造历史新低的原油价格而笼罩在愁云惨雾中,笔者本人对于CORSIA完全没有印象,更不会预料到它日后会对能源行业和民航业产生重大影响。

时间推移到2023年,可持续航空燃料(Sustainbale Aviation Fuel,SAF)在国内的声量似乎突然大了起来。笔者的直观感受是从三季度开始,一级市场上号称以SAF为直接或间接产品的初创公司开始变多;同时,某地某公司数万吨/年、甚至数十万吨/年SAF项目立项、备案的消息不断传出。

笔者认为,SAF的“出圈”是在三个因素的共同作用下形成的。

一是欧盟于2023年10月通过了《ReFuelEU航空法规》,规定了在欧盟机场供应的航空燃料中,必须掺混一定比例的SAF。

二是美国于2024年4月颁布了《通胀削减法案》SAF税收抵免指南,对SAF生产商给予一定程度的税收抵免。

三是国内绿色甲醇热潮中,大量的绿色甲醇项目二期被规划为生产SAF,反过来进一步提升了SAF在地方政府和产业界的知名度。

这里有一个关键的逻辑需要厘清:一些行业参与者关注到了《ReFuelEU航空法规》,而认为SAF的市场与绿色甲醇和生物柴油类似,高度依赖欧盟。这一认识是不全面的。

无论欧盟的ReFuelEU还是美国的SAF税收抵免指南,都不是这两个区域孤立的立法实践,而是在ICAO的指导下,以CORSIA为顶层文件进行全球民航业统一减排的具体体现,是ICAO几十年来持续性积极“自上而下”推动民航业减碳的阶段性成果。

行文至此,笔者反复提及ICAO和CORSIA。事实上,其重要性也确实不应低估。因为这触及SAF市场的底层逻辑,下面再花一些篇幅展开分析ICAO“自上而下”减排路径的授权机制和CORSIA作为民航业减排顶层文件的法理基础。

ICAO是15个联合国专门机构之一,其他比较知名的联合国专门机构包括国际货币基金组织(IMF)、世界卫生组织(WHO)、联合国教科文组织(UNESCO)等。也就是说,ICAO是一个官方组织,其成员均是主权国家。

作为对照,与普通旅客日常飞行关系更为密切的民航业协会是IATA(国际航空运输协会),其成员以航空公司为主。因为包含了大量与政府关系紧密的载旗航空(指一家航空公司被政府指定独占国际航线的权利,在机身涂有国旗标志),IATA通常被认为是一个半官方组织。大家熟悉的航空公司二字码(国航CA、南航CZ、东航MU等)即是由IATA分配。

ICAO与IATA并不是严格的上下级隶属关系,但因为其地位和职能的分野,ICAO更多承担着政策制定者的角色,IATA则是政策的推广者。比如在民航业脱碳领域,ICAO制定CORSIA,IATA则基于CORSIA编制战略路线图,正是上述地位职能分野的具体表现。

既然ICAO是一个官方机构,其是否具备足够的权力约束各国和各航司的行为呢?

回顾另一个官方机构世界卫生组织在疫情期间的表现,似乎难以对世界各地的抗疫政策施加强有力的影响。相比之下,ICAO的权力还真比其在卫生领域的兄弟单位大得多,核心原因在于ICAO掌握了一个有利的工具——SARPs(国际标准和建议措施)。

为了解释SARPs的法律效力,我们不得不再次将视线拉回到过去。众所周知,虽然飞机发明于20世纪初,但大规模应用和技术大发展的催化剂则是第二次世界大战,各参战国建立了庞大的人员和货物运输网络。

随着战争接近结束,美国率先看到了飞机应用于民用领域的巨大潜力。1944年,美国邀请55个国家在芝加哥召开国际民用航空会议,以扫除战后民用航空市场在政治和技术两方面的障碍。12月7日会议结束时,52个参会国家达成了《国际民用航空公约》,即《芝加哥公约》(下文简称为“《公约》”)。

作为约束全球民航业的顶层文件(CORSIA仅是民航业脱碳这一细分领域的顶层文件),《公约》的定位是为全球和平开展空中航行的标准和程序奠定基础。

《公约》约定,各国应建立一个用于监督《公约》的专门机构,这即是后来成立的ICAO。换言之,ICAO存在的目的就是作为具体落实《公约》的常设机构。《公约》的行业地位可见一斑,甚至视为国际民航业的宪法也不为过。

《公约》正文的内容多是框架性、原则性的。第37条规定,ICAO有权针对一系列事项制定并修改国际标准和建议措施,即前文提到的SARPs。

19个关乎民航业命脉的SARPs构成了当今《公约》的19个附件,如《公约附件8-航空器适航性》规定了航空器审定和检查的统一程序,《公约附件14-机场》规定了机场设计和相关设备的规范,《公约附件16-环境保护》规定了航空器噪声、排放物等的规范。

在授权ICAO制定SARPs后,《公约》紧接着在第37条和第38条分别从正面和反面两个角度赋予SARPs法律效力。第37条规定:各缔约国应与SARPs保持最大程度一致性。第38条进一步强调:如果缔约国认为确有必要在某些领域偏离SARPs,必须立即告知ICAO,并由ICAO通知所有其他缔约国。

通过这两个条款的授权,SARPs具备了国际法效力。这一效力乍一听偏“软”,但事实上恰恰相反,ICAO成立近80年来,SARPs得到了缔约国的普遍遵守和采纳。如果一国不遵守,虽然ICAO无权对其施加“制裁”,但很有可能因为与国际通行SARPs的偏离,而导致其他缔约国对其实施空中交通管制、飞机限飞、人员限制入境等严厉管制。

ICAO与缔约国之间的这种既“软”又“硬”的关系,在笔者看来大概可以用西周分封制的形态去类比。在国际民航领域,ICAO类似于周天子,各缔约国类似于诸侯国,SARPs就是各诸侯国形成共识的《周礼》。周天子作为天下共主,虽然直接掌握的兵力相对有限,对于不听话的诸侯国,却可以号召其他诸侯国“共击之”。

小结一下,《公约》授予ICAO制定SARPs的权力,缔约国的国家标准与SARPs最大程度保持一致,这即是ICAO一贯的“自上而下”管理思路。

一个典型的例子是,从十几年前开始,我国一直大力推动北斗系统应用于民航业。但是,推动的思路并不是将北斗直接纳入我国的国家标准,这样非但其他缔约国无法使用北斗,甚至我国的飞机制造商、航司、机场也均无法使用,原因在于这与SARPs出现了重大偏离,无法通过ICAO开展的普遍安全监督审计(USOAP)和普遍安保审计(USAP)。所以,实操层面的大致过程如下:

2010年,我国民航局在ICAO第37届大会上正式提出了北斗系统纳入SARPs的申请。

2023年11月,《公约附件10-航空电信》修订版正式生效,其中包含了北斗卫星导航系统相关的SARPs。

2024年6月,《民航北斗授时系统技术规范》国家标准的编写任务正式启动,预计将成为北斗应用于我国民航业的首个国家标准,这距离我国启动北斗民航应用的工作已经过去了15年时间,期间历经ICAO28次工作会议、50余次技术讨论、提交百余份技术文件、答复问题2000余项,经过ICAO技术专家组审查、空中航行委员会审查及理事会审议,可谓艰苦卓绝。

上文花了一定篇幅分析SARPs的地位,现在可以回到减碳这个主题上:CORSIA的体现形式正是SARPs,CORSIA的约束力也来自于SARPs的强制性。

2018年6月,ICAO大会通过CORSIA的近两年后,《公约附件16-环境保护》第IV卷在ICAO安理会214届会议期间通过,这即是CORSIA以SARPs形式表现出来的实施细则,于2019年1月1日正式生效,2021-2023年为试行阶段,2024-2026为自愿实施阶段,2027年后进入强制实施阶段。

CORSIA规定的具体内容是什么呢?总体来说,大致的逻辑框架(忽略了一些笔者认为不影响总体脉络的细节)是注册在加入CORSIA的ICAO成员国的航空公司的净碳排放量相对于某一个基准线不能增加。

如果航司当年的总碳排放量超过了这一基准线,则超出的部分需要航司在市场上购买碳信用给予抵消,从而维持净碳排放量永远不再高于上述基准线。

航司需要的抵消量=该航司当年CORSIA覆盖的碳排放量*[当年全行业增长因子*行业权重+当年该航司增长因子*个体权重]。其中,增长因子和行业/个体权重的设定如下:

CORSIA的核心就是这一公式,从中我们可以一窥ICAO的努力与妥协。

首先,基准线设定为2019年碳排放量的85%。事实上,在最初的版本中,基准线一度被定为2019年与2020年的均值。由于疫情导致2020年民航业出现有史以来最大一次萎缩(2020年民航业碳排放量不足2019年的一半),ICAO及时调整了基准线。这两个同向动作(时间上由2019-2020年提前到2019年,比例上由100%降低到85%)的效果是大幅降低了基线值,即ICAO“心目中”的国际民航业碳排放峰值。

第二,CORSIA覆盖的总排放量中“覆盖”主要有两层含义,一是CORSIA字面上只适用于国际航班,值得说明的是,这并不意味着国内航班没有使用SAF的需求,关于这一点将在下文另辟一段讨论。二是只有当航班起、终点的两个国家都已加入CORSIA时,该航班才被CORSIA覆盖。因此,在2026年底前,如果我国一直没有自愿加入CORSIA,那么无论是飞抵我国、还是从我国起飞的国际航班都没有加注SAF的直接经济动机,除非是出于其他考虑的自愿加注。

CORSIA字面上仅适用于国际航班而不适用于国内航班的原因,与一份古早的气候协议——《京都议定书》有关。

虽然其地位已经被《巴黎协定》替代,逐渐淡出人们的视野,但《京都议定书》却是《联合国气候变化框架公约》(全球气候治理的“宪法”)于1992年达成后,国际社会第一次就如何落实《联合国气候变化框架公约》达成共识(1997年在COP3会议上通过)。更为关键的是,《京都议定书》是ICAO实施CORSIA的国际法基础,所以值得花费一些篇幅去论述。

《京都议定书》的基本思路是通过为各个国家下达“KPI”,“自上而下”地推动碳减排,即要求某国在某个时期内的碳排放量相较于基准年份的1990年降低某个百分点。

例如,第一承诺期(2008-2012)内,欧盟、美国、日本的“KPI”分别是8%、7%、6%。这种思路的实施阻力可想而知。然而,得益于两点原因,《京都议定书》仍然在磕磕绊绊中生效了。

第一,《京都议定书》的“KPI”只下给发达国家,有利于赢得广大第三世界国家的支持。

第二,《京都议定书》的生效条件不算高:条件一是不少于55个国家签署,该条件在2002年5月23日冰岛签署后达成;条件二是签署国家的碳排放量需达到1990年全球碳排放总量的55%,该条件在2004年12月18日俄罗斯签署后达成。

两个条件既已满足,《京都议定书》于90天后的2005年2月16日正式生效。

下面进入到与CORSIA直接相关的部分。在《京都议定书》的谈判过程中,各国意识到航空业具有跨国境的特点,不应以国别为单位规划碳减排。

鉴于此,《京都议定书》的2.2条约定,缔约方应分别通过ICAO谋求限制或减少航空燃料产生的《蒙特利尔议定书》未予管制的所有温室气体排放。这一条款为ICAO开展航空业碳减排提供了国际法授权,将主动权交给ICAO。

《蒙特利尔议定书》全名为《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。顾名思义,其主要目的是约束以卤代烃制冷剂(它的商品名“氟利昂”更为公众熟知)为代表的消耗臭氧层物质的使用。恰好,大多数此类物质都是较强的温室气体,其造成温室效应的能力(以百年尺度全球暖化潜势这一指标来量化)是二氧化碳的数百、数千、甚至数万倍。

因此,《蒙特利尔协定》事实上同时应对了臭氧层消耗和全球变暖两方面问题。《京都议定书》提及《蒙特利尔议定书》时的表述均为“《蒙特利尔议定书》未予管制的所有温室气体”,正是基于上述原因。

《蒙特利尔议定书》未予管制的温室气体,即那些不会消耗臭氧层的温室气体,主要指的就是二氧化碳。由此可见,《京都议定书》授权ICAO谋求限制或减少航空燃料产生的《蒙特利尔议定书》未予管制的所有温室气体排放,这个授权的范围是很宽的,相当于将航空业全行业的减排治理权力都授给了ICAO。

这其实产生了一个疑问,即国内航班产生碳排放的治理权到底属于其所在国家还是ICAO。从字面意思来看,民航业作为一个特例,被单拎出来由ICAO统一治理。这样的话,ICAO对国内和国际航班都有治理权。但是,一些法律学者也将其解读为国内航班碳排放由所在国治理,国际航班碳排放由ICAO治理。

两个观点仍在争论之中,不过从目前西方国家的实操做法来看,应该是前者占了上风。我国在今年9月启动了可持续航空燃料加注试点,首批12个航班均为国内航班,包括北京-上海、成都-北京、宁波-北京等热门航线,一定程度上也映证了ICAO对于碳排放的治理权及于国内航班的观点。

ICAO在获得授权后,积极地开展了一系列工作,这些工作的成果性体现即是CORSIA。目前,CORSIA的上位法《京都议定书》在美国退出后处于“休克”状态,但并未失效。即便《京都议定书》未来某天真的出于某种原因失效,由于ICAO已经非常巧妙地将其纳入到SARPs,鉴于SARPs的上位法《芝加哥公约》失效的可能性极小,ICAO仍可依赖CORSIA这个工具强有力地开展全球航空业碳排放治理。

二、SAF在民航业脱碳中的地位:不可或缺、至关重要

既然航空业减排是一件非常确定的事情,那么减排的途径有哪些呢?IATA将减排手段归为三类:

为了分析减排措施的分量孰轻孰重,首先应该弄明白航空业碳排放的来源:天上和地面基本八二开。天上指的是飞机飞行过程中,航空燃料燃烧产生的碳排放,占总排放量的80%;地面指的是与飞机相关的地面排放,如机场运营、飞机的维修与回收等,占总排放量的20%。

机场加装屋顶光伏、摆渡车电动化等措施可以缓解地面碳排放,更重要的显然在于如何降低航空燃料产生的碳排放。

为了论证这个问题,有必要对照一下航空业的兄弟行业:陆运交通。陆运交通脱碳有两大思路,一是将汽车电动化,再将电脱碳;二是直接降低汽车燃料本身的碳足迹。

前者在乘用车领域,特别是在中国取得的成就,已经举世瞩目。后者的代表则是欧盟一直在坚持并不断加码的生物柴油强制掺混政策。众所周知,欧盟在汽车电动化方面的步伐一直比较扭捏,这当然有多方面原因,但其中重要的一个原因是欧盟不愿意轻易放弃在内燃机领域逾百年的积淀。

下面将陆运交通的脱碳逻辑映射到民航,分别讨论。

首先,飞机能否电动化,这个问题很难一概而论,但是如果抛去细节,方向性的结论却非常明确:小飞机可以,大飞机不行。

很多人从电池体积能量密度的角度分析,认为目前的电池难以支撑大飞机的长距离飞行。这当然是导致大飞机难以电动化的原因之一,但不是最主要原因。决定性的因素在于,电无法提供大飞机普遍采用的喷气式动力。

飞机自1903年发明后的四十年内,一直采用活塞式螺旋桨发动机。这在技术逻辑上与汽车工业是一脉相承的:汽车上用活塞发动机驱动车轮转动,飞机上用活塞发动机驱动螺旋桨转动,区别仅此而已。

既然汽车上可以用电机来替代活塞发动机,那么飞机上当然也可以。因此,采用活塞式发动机的飞机完全可以电动化(电池体积能量密度可以支持多长距离的飞行,这是另一个话题)。此类飞机包括:目前大热的多旋翼无人机、小型低速飞机等。

二战结束后,民用航空业的高速发展对飞机载重、飞行速度的要求迅速提升,活塞式发动机的动力原理无法满足这一发展需求。

目前,绝大部分民航乘客已经很难接触到活塞式发动机的飞机。直升机的外观很容易被误解为采用活塞式发动机。事实上,除了小部分直升机仍采用活塞式发动机外,涡轴式发动机已经成为直升机的主流动力装置。而在民航业的主战场上,无论是干线航空还是支线航空,活塞式发动机都已经完全消失。

干线航空中,无论是宽体机还是窄体机,采用的都是涡扇发动机。宽体机的发动机可能较窄体机更多、更大,但基本结构是相同的。

支线航空中,依然以涡扇为主流,少量采用涡浆发动机。

熟悉民航业的读者可能非常清楚,在C919之前,我国国产民航客机有两个系列,一是商飞公司的ARJ21,定位是中短程支线客机,采用两个涡扇发动机,布置在尾部。有趣的是,ARJ21取的是Advanced Regional Jet for 21st Century(21世纪先进支线喷气式飞机)的首字母简称,似乎有些高估自己的定位了,目前已经改名为C909

二是西飞公司的新舟系列,包括新舟60、新舟600和命运扑朔迷离的新舟700,都采用涡浆发动机。新舟飞机目前在国内仅执飞大连——威海、大连——烟台这两个环渤海航线。据坐过的朋友描述,乘坐体验像是在坐拖拉机,这也是所有螺旋桨外露的飞机(无论是活塞式螺旋桨还是涡轮式螺旋桨)的共同特点。

小结一下,目前民航业的主流动力装置是涡扇式发动机,极少数支线航班采用涡浆式发动机。无论涡扇还是涡浆,都因为一个简单粗暴的原因而无法电动化:电是一种不具有质量的二次能源,本身无法提供涡轮发动机所需的喷气式反作用力。

主流民航飞机无法电动化的逻辑既明,下一个需要论证的问题是,它可否通过全新的低碳燃料,比如氢能,来脱碳。先说结论:理论上可以,但实操中极难。

首先,民航业对安全性的考虑在整个工业界可谓首屈一指,历经百年来的技术积淀和历次航空事故凝结出的叠床架屋的安全规则,民航客机的整体技术构架事实上已经定型,要对其任何一部分做实质性的改动都可谓难上加难,更别提地位如此核心的动力系统。

这个问题对于所有的替代燃料是通用的。绿色甲醇、绿氨、绿色柴油等等,虽然对于陆运或水运交通来说是很好的低碳燃料,但无助于航空业脱碳。

一级投资的同仁们可能注意到,在目前SAF项目的BP中经常可以看到关于航空燃料四种组分、碳链长度的介绍。为什么SAF一定要去模拟化石燃料航空煤油的组分构成而不敢越雷池一步呢,主要也是为了尽可能避免对已经基本固化的航空动力系统进行改造,从而使之成为一种拿来即用的燃料。这从另一个角度否定了其他低碳燃料应用于航空业的可能性。

在此基础上,对大飞机氢能化还有另一个否定的理由:大飞机不仅无法氢能化,其实也不应氢能化。氢气的独特性质使之成为难得的可以通过燃料电池直接将化学能转化为电能的燃料,这样优质的燃料放进燃气轮机中太浪费了。

总之,主流民航不能通过电动化或其他低碳燃料来脱碳,那么就只剩下降低航空燃料本身碳足迹的方法,这就是所谓的低碳航空燃料,官方称之为可持续航空燃料。

三、SAF的基本属性:拿来就用、绿色低碳

从名称来看,SAF至少蕴含两层含义。

第一,它是一种航空燃料。上文提到,SAF需要尽量模拟传统化石燃料航空煤油的组分和性质。从元素构成来看,航空煤油是一种烃的混合物,仅由碳(C)和氢(H)两种元素构成。这与其原料——石油的构成有关(石油也是一种以烃为主的混合物)。

这里涉及到一个有趣的细节,展开谈谈有助于加深对SAF的理解,即煤油的主要原料并不是煤,为什么会被称为“煤”油。十九世纪40年代之前,照明燃料主要由鲸鱼的皮下脂肪炼制而成,由此催生了大规模的捕鲸业,每年有数千头鲸鱼被捕杀用于获取鲸脂。如果没有后续的煤油,鲸鱼这个物种可能早已灭绝。

1846年,鲸鱼的拯救者出现了,加拿大地质学家Abraham Pineo Gesner发明了一种用烟煤和油页岩蒸馏制取照明燃料的技术,并将其产品命名为“Keroselain”。

“kero”和“elain”分别源自希腊语中“蜡”和“油”两个词根,应该说较好地体现了煤油以烷烃为主要成分的特征(石蜡的主要成分是长链烷烃,烷烃组分占比较多的原油被称为“石蜡基原油”)。由于这种灯油的原料是煤或者长得像煤的油页岩,所以俗称“Coal Oil”,最终被翻译成了“煤油”这个名字。

1859年,第一口现代工业油井在美国宾夕法尼亚州诞生。“现代石油工业之父”埃德温·德雷克上校千方百计打下这口油井的动机正是为了炼制照明燃料。

由于成本上的优势,用原油制取的照明燃料迅速替代了Keroselain。虽然原料改变,但“煤油”这个大众熟知的名字保留下来了。后来,石油被开发出各种各样的用途,其中与照明燃料组分相似的石油制品就一直被称为“煤油”。再后来,爱迪生发明电灯后,照明用煤油就逐渐退出历史舞台。

回顾照明燃料的历史,其能量来源经历了生物质、煤、石油、电,很大程度上成为人类能源利用历程的缩影。

掩卷细思,照明,这个人类的基本需求,先是催生了现代石油工业,随后又培育了现代电气工业,在能源演进的历史中堪称居功至伟。

回到对航空煤油组分的讨论。炼油是一个相对粗放的工业过程,一般不会特别精准地调控产物。航煤和日常生活中接触的汽油一样,都是原油分馏-精制的产物。分馏可以理解为基于沸点差异,将原油切割为由轻到重几个片段的物理过程。精制则是对这些片段进一步修修剪剪的化学过程。这样生成的产品,显然不是单质,而是复杂的混合物。

从碳链长度的角度来看,航煤主要落在C8-C16区间。这个长度夹在汽油(C5-C12,石油工业诞生之初被当作垃圾扔掉)和柴油(C10-C22)之间。

自SAF热潮以来,一些此前以航空汽油或生物柴油为主要产品的公司开始尝试升级转型为生产SAF。从碳链长度的角度来看,生产航空“煤油”与生产“汽油”、“柴油”确实是一脉相承的。但上述两类企业的转型难度却大不相同,这个逻辑会在后文展开谈。

从分子结构的角度来看,航煤包括直链烷烃、支链烷烃、环烷烃、芳香烃四种组分。目前的SAF技术路线均只能产生其中的一到两种,无法实现全组分模拟,这是ASTM标准中对SAF最高掺混比例进行限制的重要原因。

话说回来,既然传统航煤本身只是一个比较粗放的混合物,SAF为什么非要去模拟它的组分构成呢?主要原因依然在于,ICAO从一开始就为SAF赋予了一个要求:“拿来就用”(Drop-in)。

Drop-in定义了飞机与SAF之间的主客关系:SAF应该去适应飞机,而不是飞机去适应SAF。SAF应保证飞机在不做任何改动的前提下就可直接使用。

前文提到,民航客机的整体技术构架事实上已经定型,这是一个大的现实基础。民航业脱碳不应该以改变这个现实基础为前提,这贯穿于ICAO的整体脱碳安排之中的非常关键的底层逻辑。

例如,橡胶泡在芳香烃中会膨胀。多年以来,飞机上燃油管路中的橡胶密封件的设计都考虑了这个因素。如果去掉航煤中的芳香烃组分,燃油管路就可能因为密封件膨胀不足而泄漏,造成灾难性后果。

理解了ICAO的这个逻辑,再回头去看用电动化、氢能化等脱碳思路,就不免觉得有些荒唐了。

SAF的第二层含义是“可持续”。原油、煤等化石燃料是史前生物遗体在高温、高压、绝氧的地质条件中历经百万年时间尺度炼制而成的。虽然理论上仍在不断产生,但相对于人类的开采速度而言毕竟还是太慢了,这是化石燃料被认为“不可持续”的逻辑。

对照来说,“可持续”指的应该是每年产生速度超过消费速度,或与之大致相当的意思。字面看上去,这和应用SAF动机——降低碳排放——有区别,但其实二者是高度统一的。

地球上绝大多数的能量,都直接或间接源于太阳,唯二的例外是潮汐能和地热能:前者源于月亮,后者源于地心。

光伏发电、光热发电的能量,不消说,直接来自于阳光。看似无关的风能,也是源于阳光照射产生空气温度差,再造成密度差,从而产生的空气流动。阳光经过光合作用转化成生物质。生物质如果埋入地下,就会在数百上千万年后变成化石燃料;如果直接被利用,就是通常所说的生物质能。

因此,地球上所有的能量来源,从根源上来说可以分为两大类:百千万年前的阳光(石油、天然气、煤)和百十年来/当下的阳光(光能、风能、生物质能)。同时,地球上的生物都是碳基生物,在有形的能源物质(相对于无形的电来说)中,能量通常附着于C-H、C-O、C-C这样的化学键上。

· 百千万年前的阳光+百年万年前的碳=不可持续=高碳足迹

· 百十年来/当下的阳光+百十年来/当下的碳=可持续=低碳足迹

可持续与低碳的属性正是基于这个逻辑连接起来的。这里,百十年来的碳指的是植物通过光合作用捕集到的二氧化碳;当下的碳指的是通过DAC技术捕集到的空气中的二氧化碳。

基于此,SAF的“Sustainable”自身具有绿色低碳的含义。中文世界在提到SAF时,使用“可持续航空燃料”、“绿色航煤”、“生物航煤”,基本表达的都是同一个意思。

进一步讲,“可持续”对于我国来说还有另外一层意味。

很多人在谈及我国的资源禀赋时总会提到“富煤贫油少气”这个概念,几乎已经形成刻板印象。细究下来,去年我国的石油对外依存度已超过70%;进口的石油中,又有超过70%经过马六甲海峡。

极端情况下,如果马六甲海峡这个鸡脖子被掐断,我国的能源供应就会出大问题。虽然近年来我国加大了油气储备库以及中俄、中缅、中亚等跨国油气管道的建设力度,但毕竟只能缓解而非消除这个大问题。

贫油少气当然是事实,但是否“富煤”却值得商榷。2023年,我国的煤炭储采比约为31年,远低于全球平均的117年。这就是被普遍认为相对比较丰富的煤炭资源的现状。

总之,在化石燃料领域,我国的资源禀赋确实一般,甚至可以说比较差。所以,国内早期从事生物质利用研究的团队,其出发点往往不是绿色低碳,而是原料的“可持续供应”。从政治角度来说,这便是“保障国家能源安全”的深意。

“双碳”概念兴起之后,基于前文讨论的“可持续”和“绿色低碳”之间紧密的逻辑关系,生物质利用技术天然地叠上了低碳的buff。本文中,笔者会混用“可持续”和“绿色低碳”这两个概念。

四、SAF合成的技术路线:各美其美、美美与共

SAF产品的可持续性主要由其原料的可持续性来保障。由于原料种类与制备工艺密切相关,此处我们会进入到对SAF合成技术的讨论。目前ASTM标准内的SAF技术路线可以分为三大类:油脂加氢、费托和醇基。

第一类技术路线:油脂加氢,即业内常说的HEFA法,以油脂为原料。

无论是我们日常吃的葵花籽油、大豆油等食用油,还是麻风树油等不能吃的植物油,其主要成分都是甘油三酯。甘油是一种三元醇,甘油三酯是甘油与长链脂肪酸脱水形成的产物。HEFA名字中的E和FA分别指酯(Esters)和脂肪酸(Fatty Acids)。

上图中右侧红色部分是甘油脱水后的残余,左侧黑色部分是三个脂肪酸脱水后的残余。观察可以发现,黑色中波浪状的部分,基本上就是SAF中的直链烷烃组分。

所以,我们只要想办法去掉蓝色虚线内的部分,就可以将甘油三酯变成SAF,事实上这也正是HEFA法的基本思路。

具体怎么做呢?第一步,基于酯交换反应,用甲醇替换甘油(甘油也可以称为丙三醇),把甘油三酯变成单酯。这样一拆为三得到的产物,便是酯基生物柴油,也叫一代生物柴油。

前文提到,柴油是一种碳链比航煤更长的烃类。可以看出,一代生物柴油其实并不是真正的柴油,但这并不妨碍它掺混到柴油中使用。

事实上,柴油机非常“耐造”,即便把植物油直接倒进去,都能让它运转起来,只是会冒黑烟。产生黑烟的原因在于甘油三酯的分子量过大,燃烧不充分。若不是存在这个问题,甘油三酯便可以直接当作低碳柴油机燃料来使用。

总之,一代生物柴油是对原料油脂初步加工(主要是降低分子量,令燃烧更充分)的产物,工艺简单粗暴。因为这种便利性,欧盟在十几年前就开始实施生物柴油掺混政策,以推动其陆运交通脱碳,这也是国内生物柴油厂家的主要消纳方向。

以酯基生物柴油为原料进行第二步,对其加氢脱氧,这就是HEFA名称中的H(Hydroprocess)的由来:用氢气这个“化学剪刀”把不想要的含氧官能团剪除,得到的产物基本便是烃基生物柴油,或称为二代生物柴油。

相比于一代,二代生物柴油好歹算是真正的柴油了。在其基础上,进一步缩短碳链长度,并适度异构化(增加碳链的枝杈),得到的产物便是SAF。

由此可见,首先,HEFA法的工艺原理清晰、反应路径短,这是目前国内已投产的SAF装置均为HEFA法的重要原因。其次,一、二代生物柴油均可以看作生产SAF的中间产品,这便是为什么即将投产的SAF装置大多由生物柴油厂转型升级而来。对于一代生物柴油生产装置来说,需要升两级;对于二代装置,需要升一级。

前文提到,目前有不少此前的生物柴油厂商和航空汽油厂商计划转型为SAF生产商,但转型的难度大不相同。了解HEFA法的技术原理后,这一商业现象的逻辑便清晰起来。

生物柴油厂商有原料供应链基础,也有已经运营多年的装置,在生物柴油被欧盟征收惩罚性关税的现状下,无论从能力还是意愿上,转型升级为生产SAF都是水到渠成的。

航空汽油生产商的原料是化石燃料,用户是采用活塞式发动机的小飞机,虽然产品名称中带“航空”二字,但相对于生物柴油厂商谈不上有什么先发优势,转型难度更大。

既然HEFA法简洁、成熟,那么是否依靠它就可以满足民航业脱碳的需求呢?答案是否定的。主要在于,HEFA法工艺上的简洁性源于原料成分与SAF目标成分的高度相似性,这是一把双刃剑,其代价是原料的来源受限。这种限制主要体现在两方面。

一是资源总量的限制。众所周知,粮食安全是治国理政的头等大事,我国不鼓励与民争粮、与畜争饲、与粮征地。换言之,以人能吃的粮食为工业原料、以牲畜能吃的饲料为工业原料、以能够种粮食的耕地种植工业原料,这三类行为或许在产业发展初期可以打一些擦边球,但长期来看面临着巨大的政策风险。

在这个边界条件下,我国的HEFA法SAF原料基本只剩下餐厨废油,基本等同于人们说的“地沟油”,下文也便用地沟油来指代。

在我国,地沟油的第一个特征是“小而散”。生物柴油生产商中,即便强如上市龙头卓越新能,其原料供应的80%以上都来自于个体户。在这种局面下,一个千万级别人口的城市,每年的地沟油可收集量仅为10万吨左右,大概能生产出5-7万吨的SAF,显然不能满足长期需求。

值得说明的是,英国的SAF政策中,除了规定SAF掺混率的下限,还规定了HEFA法SAF的上限。英国的逻辑是,地沟油已被广泛用于制取生物柴油来为陆运交通脱碳。SAF的附加值比生物柴油更高,如果完全放开,地沟油原料就会被“虹吸”到SAF生产线上,从而影响陆运交通的脱碳进展。此类政策进一步限制了地沟油原料的获取。

资源量有限的直接恶果就是原料争夺激烈,很容易推高原料成本。今年我国部分地区的地沟油竟然出现了8,000元/吨的天价,已经逼近市场上一些食用油的价格。历史总是押着同样的韵脚,下文会提到20世纪初我国陈化粮工业利用的故事,大家读完就会发现地沟油和陈化粮在底层逻辑上的相似之处。

比地沟油涨价本身更尴尬的是,SAF的价格并不会随之上涨。这是三类技术路线共同面临的问题:原料和产品的价格缺乏相关性,造成毛利率波动较大。

对比炼油厂和煤制油厂就很容易理解这个问题。炼油厂的原料是原油,产品是成品油,成品油的价格和原油是高度联动的,炼油厂的商业模式相当于赚取加工费,因此盈利水平相对稳定。这是市场上会出现千万吨级超大规模炼油厂的原因之一。

煤制油厂的原料是煤,产品是成品油,成品油和煤之间有一些相关性,但不强。在这种局面下,煤制油厂其实承担了生产和原料成本双重风险,原料成本难以向下游传导,盈利水平波动大。煤价低、原油价高的时候,可以赚得盆满钵满;但煤价高、原油价低的时候,就可能出现成本倒挂。

煤和原油毕竟都是化石燃料,价格还有点关联。相比之下,生物质和原油的成本之间基本毫无相关性可言,这导致SAF生产商面临着更大的原料成本风险。因此,充分考虑当地资源禀赋,因地制宜地选择技术路线变得极为关键。这个问题会在下文详细论述。

二是资源质量的限制。地沟油的第二个特征是杂质复杂且多变。杂质复杂,指的杂质的种类较多,预处理比较麻烦,这尚在其次。“多变”是比“复杂”更加棘手的问题,因为想要除去杂质,首先需要知道杂质是什么。杂质的多变意味着需要频繁检测,如果有漏网之鱼,其中的重金属很容易造成催化剂中毒,从而影响SAF生产装置的可靠性和经济性。

第二类技术路线是费托法,即F-T合成法,得名于德国的两位化学家:Franz Fischer和Hans Tropsch。费先生和托先生于1925年公布了这种方法,核心是用一氧化碳和氢气构建碳-碳偶联,从而制备长链碳氢化合物。

费托法产生的初衷在于,德国也是一个“富煤贫油”的国家,需要开发煤制油技术,把鲁尔矿区富裕的煤炭资源转化为品位更高的液态燃料。二战中,煤制油技术贡献了德国三分之二的航空燃料。

费托法工艺包含两个步骤:一是气化,二是合成。前文提到过煤是由C、H、O三种元素构成。煤充分燃烧后的产物是二氧化碳和水。

可以想象,如果通过减少氧气供应、限制反应压力温度等手段降低燃烧的充分性,那么燃烧产物变成一氧化碳和氢气,直观上来看就是二氧化碳和水的分子中分别少了一个氧原子。

一氧化碳和氢气都非常活泼,具有很高的化学活性,其混合物就是所谓的“合成气”,用它们可以合成各种各样的化学物质,航空煤油就是其中之一。

在“贫油”方面我国和德国是一对难兄难弟,所以费托法在我国学术界是一门显学,各类煤制油装置也早已在产业界大规模应用。

联想到煤本质上也是亿万年前的生物质,如果用当下的生物质做原料生产航空煤油,那么既可以利用费托法相对成熟的学术和产业基础,也使产品具备了绿色低碳的属性,这正是费托法SAF的基本思路。

在“不威胁粮食安全”这个边界条件下,费托法SAF的原料基本被限定为秸秆、落叶等农林废弃物,即各类植物上不能吃的部分,以及这类东西的衍生品,如酒糟、动物粪便等。

秸秆、落叶等无法食用的根本原因在于,它们主要由木质纤维素构成,缺乏动物能够消化的淀粉、糖等成分。或许反过来说因果关系更通顺一些:植物进化出了合成木质纤维素用以提供结构强度(主要用来构建细胞壁)的本领。既然是出于这个目的,当然不能轻易被动物消化掉才对。

农林废弃物的资源量非常大。以秸秆为例,素有“吨粮吨草”之说,即粮食作物上可以吃的部分(粮食)和不能吃的部分(秸秆)的重量基本相当,每收获一吨粮食就同时产生一吨秸秆。

农业农村部2022年发布的《全国农作物秸秆综合利用情况报告》提到,2021年全国秸秆产生量8.65亿吨,而2021年我国粮食产量为6.83亿吨,两个数字基本相当,可见可以采用“吨粮吨草“的经验公式来估算秸秆产生量。

秸秆只是农林废弃物之一,保守估算,我国每年产生的农林废弃物总资源量至少有十几亿吨,理论上可以制取一亿吨以上的SAF,完全满足长期需求。

从元素组成的角度来看,木质纤维素包含C、H、O三种元素,与煤类似,但氧含量更高。煤的氧含量随着煤化程度的提高而降低。例如,被认为是劣质煤的褐煤,其氧含量可达20%以上,而被认为是优质煤的无烟煤,氧含量甚至不到5%。站在这个角度,农林废弃物可以视为一种非常劣质的煤。这种“劣质”,对应着费托法SAF产业化面临的几个挑战。

挑战一,大规模的生物质气化尚无先例。虽然目前大型的煤气化炉已经达到每年能处理上百万吨煤的水平,但确实还没有人做过如此规模的生物质气化。同时,生物质毕竟不是煤,直接应用煤气化技术的话会造成一系列问题,需要对煤气化炉进行适当改造。

由于上述原因,市场上有人基于此前一些失败的生物质气化案例,否定费托法SAF的可行性,笔者不赞同这种观点。首先,生物质气化不是一个科学问题,仅是工程放大问题,需要有人去试错,但并不存在颠覆性的困难。其次,目前尚未出现过大规模生物质气化装置,主要是因为缺乏需求。生物质工业此前利用的主要方向是用于发电。生物质电厂的盈利能力有限,经济性依赖政府补贴,技术创新的能力和意愿长期低迷,导致生物质气化技术裹足不前。

绿色甲醇、SAF这样的高附加值消纳方式明确之后,更高质量的市场参与方开始介入这个领域,大量涌入的资本将极大加速生物质气化技术的发展。笔者预计,短则2年,长则3-5年,我们就能看到每年百万吨级生物质气化装置的出现。

前文提到,国内很多绿色甲醇项目的二期规划都是生产SAF,其底层逻辑正在于此:把市场规模率先起量、定价机制相对成熟的绿色甲醇作为秸秆工业化利用的现金流产品,以此为基本盘迭代完善生物质气化技术;待解决生物质气化的工业放大问题后,时间恰逢CORSIA机制进入强制实施阶段,届时不失时机地转为生产经济附加值更高的SAF。这个商业规划的逻辑是非常通顺的。

挑战二,农林废弃物的收储存在两个难点:空间上分散、时间上集中。

空间方面,我国目前的农业水平大约是平均每亩地每季生产0.4吨粮食/秸秆。假设想要收储100万吨的秸秆,如果所在地区一年种植一季,那么需要250亩耕地来供应;假设每年种植两季,则需要125万亩耕地,都不是小数字。

另外,秸秆的密度很低,是所谓的“轻泡货物”,难以承担长距离运输的成本,这进一步加剧了秸秆的收储难度。

时间方面,秸秆在收割期间的几周内集中产生,却需要在全年内逐步投入装置,使得仓储空间的周转率很低。

总言之,秸秆空间上分散、时间上集中的产生规律,分别对控制其运输和储存成本带来挑战。这依然不是一个科学问题,甚至不是工程放大问题,而是商业模式的问题,核心是如何处理好地方政府、农民、收储经纪人等供应链条上各参与方之间的利益关系,让SAF的高附加值沿着产业链向上游平滑传导。

从近年来频频发布的政策文件来看,国家和地方政府对于秸秆离田高值化利用的决心是有的,SAF目前的毛利水平也足以支撑起一个让各方获益的产业链。

我们观察到,一些企业已经做了大量务实的开创性工作。套用一个公文官话,确实是“千方百计”地保障秸秆稳定可靠供应(由于涉及到商业秘密,此处不便具体展开这个“千方百计”)。

另外,更具前瞻性的企业已经在探索换道超车:采用主动型生物质,即在盐碱地、荒漠等普通粮食作物难以生长的劣化土地上种植某些特殊植物,提供SAF原料的同时起到改良土地的作用。

笔者认为,任何一个产业都不是凭空出现、一蹴而就的,秸秆收储固然有挑战性,但勇于探索、认真务实的先行者终将吃到最大一口红利。

第三类技术路径是醇基法,英文简称为AtJ(Alcohol to Jet)。醇的特点是含有羟基,能够比较方便地脱水产生烯烃,其中的碳碳双键经过齐聚反应即可构建出较长的碳链,可以通过控制齐聚的长度产生不同的目标产品。

例如,考虑到航煤的碳链长度在C8到C16之间,乙醇脱水后变成乙烯,4、5、6、7、8个乙烯连在一起就分别构成C8、C10、C12、C14和C16烷烃,都落在SAF的组分范围内。

目前我国规划的SAF产能中,很少听说有采用醇基法的,主要原因在于缺乏符合国情的生物基醇原料。

以最常用的乙醇为例,生物基乙醇有两个大的技术路线。一是用粮食发酵生产乙醇,即读者熟知的酿酒。用粮食制取食用乙醇当然没什么问题,但用粮食制取工业乙醇却有大问题,因为很容易触到粮食安全的红线。

上世纪90年代末,我国曾短暂地探索过粮食的大规模工业应用。当时出于多种原因(现在看来主要是储备粮基础设施不完善),我国存在一大批需要消化的陈化粮。有关部门研究后认为燃料乙醇这个消纳方向不仅可以消纳陈化粮,还可以拓宽能源供应渠道。

政策推出后,恰逢国际油价高涨,国内上马了大量燃料乙醇项目,市场很快出现了各种乱象,突出表现在用新鲜粮食作为原料,疯抬粮食价格,这明显违背了消纳陈化粮的初衷。

2006年底,《关于加强生物燃料乙醇项目管理》《关于加强玉米加工项目建设管理的紧急通知》两份文件出台,给粮食乙醇狠踩刹车;2007年,粮食乙醇项目全面叫停,中国用粮食生产燃料乙醇的时代至此终结,此前上马的项目也成了一地鸡毛。

这段历史提示我们,在中国发展生物质产业,一定要紧扣“非粮”这个主题,不要冒险触动国家粮食安全的敏感神经。

第二个生物基乙醇的技术路线是用粮食作物上不能吃的部分来酿制乙醇,被称为纤维素乙醇,或秸秆乙醇。

前文提到过,木质纤维素是植物进化出来为自身提供结构强度的,必然难以被各种生物所消化,人这样的大型动物不行,发酵用的微生物亦然。

诚然,纤维素乙醇的前景非常诱人,理论上可以令粮食产量翻倍(回顾一下“吨粮吨草”)。但现实情况是,在经过学术界和产业界几代人前仆后继的努力后,纤维素乙醇的产业化进展依然缓慢。笔者衷心希望,也相信终有一天纤维素乙醇能够取得突破,但显然远水解不了近渴。

以上就是国内缺乏生物醇原料的原因。可喜的是,这一局面正在改善。东边不亮西边亮,生物醇进展缓慢,用工业废气经合成生物法制取低碳乙醇的技术却已经成功商业化,制取丁醇的技术也在工业放大中,它们都是合成SAF的理想原料。或许在不久之后就能听到国内醇基SAF的消息。

至此,已纳入ASTM标准的三大类技术路线都已讨论。应该说,三类方法的优缺点都非常鲜明。

此处笔者想抛出一个核心观点,这也是涉及一级市场投资逻辑的一个问题:SAF技术路线之间不存在绝对的优劣,也不存在能够包打天下的“终极路线”。全球各地的资源禀赋迥异,每种技术路线都能找到自己的用武之地。

HEFA法由美国的霍尼韦尔公司主导提出。在西方国家,工业化应用的餐厨废油主要来自于大型连锁品牌,完善的油脂收集-处理-加工产业链已经建立,基本不存在我国地沟油来源散、杂质复杂多变的问题。

对于我国的SAF玩家来说,最适宜HEFA法的是那些生物柴油生产商;其次是掌握了油脂资源,希望向下游延申产业链的食品、农业集团。如果凭空硬闯这个领域,其风险是可想而知的。

费托法由德国提出,并经南非的煤化工巨头Sasol公司发扬光大。中国、德国、南非的资源禀赋高度相似,从这个角度来看,费托法是三类技术路线中相对最适合中国国情的。它在国内的用武之地在于那些“生物质资源非常集中、每年可以在厂区周边可控地收集到上百万吨秸秆”的地区。这类地区一般都会有一个“某某粮仓”之类的美称。

醇基法主要应用于美国,因为那里地广人稀,有大量可用于工业原料的玉米。对于中国而言,醇基法的用武之地在于使用工业尾气经合成生物法制取的乙醇/丁醇作为SAF原料。

总言之,目前ASTM标准内的七条、三大类技术路线都是由西方公司主导提出的。他们并不是在一张白纸的状态下异想天开,而是针对目标市场的资源禀赋,结合他们自己的研究积累开发了这些技术。

我国幅员辽阔,各地区之间资源禀赋差异极大。上述三类技术路线覆盖了一些地区的资源禀赋,但是对于其他大部分地区而言,一方面有发展SAF产业的意愿,另一方面却苦于没有适合自己的技术。

什么才是适合自己的技术呢?如果仅考虑经济因素的话,就是能够使在当地生产SAF的成本最低的技术路线。成本分为建设成本(CAPEX)和运营成本(OPEX)两部分。粗略来说,CAPEX只与技术路线本身有关系,而OPEX则与技术路线和选址都有关系。

OPEX等于物料消耗量与物料单价的乘积。物料消耗量是由技术路线决定的,构成了乘号的左边;物料单价则是由选址决定的,构成了乘号的右边。最适合某地的技术路线,就是能够扬长避短,使这个乘积最小的技术路线-选址组合。

可以预见,随着资本、人力等生产要素的加速投放,必将涌现出越来越多SAF的技术路线,以满足各地的发展需求。

例如,正在推动申报标准的PtL(电转液)技术路线,适用于那些有大量廉价绿电和含二氧化碳工业尾气的地区。如果绿电足够大量、足够廉价,工业尾气甚至不是必须的,可以直接从空气中捕集二氧化碳。中国科学院广州能源研究所开发的,即将推动申报标准的水相法SAF技术路线,适用于那些有生物质资源但不算特别集中、有一定量廉价绿电的地区。

在此基础上,还会衍生出一些组合性的技术路线。例如,由绿色甲醇经MTO技术制取烯烃,烯烃齐聚合成SAF,用以消化可能过剩的绿色甲醇产能。

五、SAF的销售:逻辑通畅、市场坚韧

本章将采取专题讨论的形式,聊聊笔者对几个影响SAF销售关键因素的认识。

1.关于绿色溢价类产品商业模式的合理

“绿色溢价”是一个由比尔盖茨提出的概念(请参考《气候经济与人类未来》一书)。SAF是非常典型的绿色溢价类产品,即SAF本身与传统航空煤油没有任何区别,但售价却高出后者不少。绿氢、绿氨、绿甲,都属于类似的商业模式。

在一级市场上,“绿色溢价”是一个有争议的商业模式,相较于成本领先、产品差异等经典的竞争策略,很多人怀疑绿色溢价存在的合理性,认为这是一个伪命题,甚至是骗人的圈钱伎俩。笔者不认可这个观点。

在展开讨论之前有必要澄清,电动汽车、光伏、风电等,都不是纯粹的绿色溢价类产品,他们都或多或少都有成本领先或者产品差异的成分。事实上,SAF和绿甲是笔者观察到的最早先成规模实现绿色溢价的产品。所以,市场上有争议也在所难免。

笔者认为,绿色溢价的本质是对“遏制全球变暖”这个外部性的内在化。随着人类文明的进步,这种内在化在历史上其实是持续发生的。

例如,工业文明发展之初,工人的工作环境恶劣,安全事故、健康问题频发。后来,在各种因素推动下,工厂为工人增加了劳动保护措施,同时也推高了产品的成本。这就是对工人健康这个外部性的内在化。

再例如,化工行业曾经有过随意排污的历史。毒气、废水是否随意排放,对化工厂的产品本身没有影响。随着产业的发展,化工厂增加了废水、废气、废渣的处理设备,同时推高了产品的成本。这是对环境保护这个外部性的内在化。

低碳这个外部性与上面两个例子没有本质区别,最大的差异在于,遏制全球变暖的收益,不是由我们这代人,而是由我们的后代来享受。毕竟全球变暖的恶果至少要在几十年后才会集中表现出来。

由施惠于直接参与方(工人的劳动保护),到施惠于当代全体民众(环境保护),再到现在的施惠于子孙后代(遏制全球变暖),这种持续的外部性内在化,是人类文明进步的具体体现,也是必然趋势。

基于此,笔者的观点是绿色溢价不是伪命题,更不是骗局,而是一种新兴的竞争策略。我们正在目睹这种竞争策略的崛起。

具体到SAF来说,目前的绿色溢价高达100%以上,最终的承担者不是航司,而是乘客。作为一个关注SAF领域的投资人,笔者当然希望绿色溢价越高越好;作为一个普通的民航乘客,笔者又不希望给自己的出行额外增加过多成本。这种纠结的心理,用“可怜身上衣正单,心忧炭贱愿天寒”来形容再合适不过。

好在,细化分析之后就能发现,SAF的应用并不会给乘客造成很大负担。以北京——上海航线为例,按照100%绿色溢价和5%掺混率来计算,平摊到每位乘客的绿色溢价也就十几块钱。

考虑到机票本身经常以百元为单位波动,并且民航乘客确实在全体民众中属于支付能力较强的一部分,所以预计这样的成本增加不会影响乘客的乘机意愿。

未来,随着技术的成熟和规模应用,SAF的成本和绿色溢价将越来越低,从而部分抵消掉掺混率上升的影响,使乘客需要实际承担的绿色溢价一直处于一个相对合理的区间。最终SAF将与传统航油平价,并实现对后者的全面替代。

2.关于SAF是否会遭遇类似生物柴油的反倾销调查

生物柴油是一个技术逻辑和商业逻辑都远逊于SAF的赛道。技术上,生物柴油厂需要转型升级后才能生产SAF;商业上,生物柴油的销售高度依赖欧盟,而SAF的市场是全球性的。即便这样,生物柴油都在二级市场上形成了一个小板块。从这个角度来看,未来出现2家以上以SAF为主要产品的上市公司,应该不算过于乐观。

生物柴油遭受欧盟反倾销调查的原因是复杂的。有欧盟的原因,也有我国生产商自身的问题,在这里不做具体讨论。笔者认为,随着右翼民粹主义势力在全球范围内的抬头,贸易工具的滥用已经成为常态,未来我国的SAF出口被欧盟利用关税等工具加以限制是大概率事件。

但是,这依然不是一个颠覆性的风险。这么说的底气在于SAF的市场逻辑特点。为了更全面地看待这个问题,我们通过对比航海运输和航空运输来稍微展开一下。

船舶对载重不敏感,一艘远洋货轮可以在某个燃料成本最低的港口加注整个航程所需的全部燃料。我国的港口货物吞吐量比新加坡大数倍,但船用燃料供应量只有新加坡的几分之一,核心原因就是我国在传统船用燃料领域不具备成本优势,远洋航运商不愿意在我国加注燃料。

绿甲的出现改变了这个局面,如果我国可以实现全航线最低的绿甲成本,理论上我们可以吃掉整个远东-欧洲航线的低碳船用燃料市场。并且,绿甲不受到贸易壁垒的威胁。原因在于向远洋运输船供应燃料的行为仅被“视同”出口,但不是真正的出口。欧盟的关税管不住这个加注行为。

对照来看,飞机对载重高度敏感,飞机在起飞前只加注当次飞行所需的燃料。即便我国的SAF不能出口到欧盟,欧盟飞来的飞机也必须在我国加注SAF。所以,即便欧盟对我国的SAF加征惩罚性关税,我们也并没有失去全部的欧盟市场。加之此外还有国内和日韩、新加坡等消纳方向,SAF的市场韧性其实是比较强的。

3.关于特朗普上台对SAF产业的影响

在拜登任内,美国对SAF做出了非常积极的政策安排。与欧盟的强制掺混政策思路不同,美国更多利用经济手段刺激SAF生产。

著名的《通胀削减法案》(IRA)专门配套了一个SAF税收抵免指南,SAF生产商可以获得1.25-1.75美元/加仑的税收抵免,大约相当于3,000-4,200元人民币/吨。并且,并不是产生税收后才能抵免,而是可以将抵免额度转让变现。这个政策相当于由政府承担一半的绿色溢价,进一步降低消费者的负担。

特朗普上台后,美国几乎肯定会再次退出《巴黎协定》。在本文第一章,笔者不惜耗费大量篇幅来介绍ICAO和CORSIA的历史背景和法理基础。此处能导出的一个关键结论即是,美国退出《巴黎协定》不会对全球民航业脱碳和SAF应用造成影响。

另一个问题是特朗普会不会推翻《通胀削减法案》及相关的税收抵免指南。这是一个现在很难预测的问题,一种观点认为《通胀削减法案》令很多共和党执政州受益,相当数量的共和党议员支持该法案,会给特朗普造成很大阻力。

其实,《通胀削减法案》影响的只是美国本土SAF生产商。如果它被推翻,美国本土SAF生产商的生产意愿降低,反而有利于增强我国SAF供应商在国际市场上的竞争力。

因此综合来看,特朗普上台会给我国的SAF生产商产生中性偏积极的影响。这个结论可能有些出人意料,但确实是逻辑推导的结果。

六、结语

可持续航空燃料仅是能源投资的一个细分领域,但其技术、商业逻辑涉及面广,虽两万字不能尽述,加之笔者能力有限、认知不足,谨希望以本文引发读者的兴趣和讨论,吸引更多资本关注这个细分领域,以此推动可持续航空燃料技术和产业的发展。



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