背景介绍
航空运输是碳排放的重要来源之一，航空业正面临巨大的减碳压力。可持续航空燃料（SAF）的开发和应用是实现航空业减排目标的重要途径，生物质转化为SAF在实现航空业减碳目标上具有显著优势。相较于传统化石燃料，生物质来源广泛、可再生，且转化后的燃料碳排放量显著降低。当前的生物质转化方法多种多样，但技术局限和成本瓶颈仍阻碍了大规模应用。为了解决这些问题，研究者正致力于探索新的生物质转化技术，特别是通过改进催化剂和优化反应条件，以提高碳利用率和降低生产成本。本综述从化学和生物催化路径出发全面回顾了现有的生物质转化技术，为实现航空业的绿色转型提供科学依据和技术支持。
核心要点
多路径催化转化的探索：本文综述了多种生物质催化转化路径，包括化学催化、生物催化、混合催化等。
木质素增值策略：讨论了木质素的增值策略，确定了重要的研究领域，如简便的木质素解聚方法，高度集成的转化系统，新的工艺配置，以及用于选择性断裂芳基C–O键的催化剂。
转化路线与催化工艺评价：针对现有转化路线及催化工艺进行了分析讨论，指出未来研究主要挑战和有意义的研发机会，以推动基于生物质的SAF技术的广泛应用和发展。
图文解读
基于生物质的可持续航空燃料转化路径与技术现状
Fig. 1. Overview of biomass conversion to SAF. HDO: hydrodeoxygenation; HMF: 5-hydroxymethylfurfural; LA: levulinic acid; CH: catalytic hydrothermolysis. This review focuses on routes represented in red letters.
生物质组成复杂且差异较大，通过选择特定转化路径匹配不同的生物质种类，可以有效提升可持续航空燃料产量和能效。本文深入探讨不同转化路径，涉及催化剂选择、反应条件以及碳效率的优化，旨在实现更高效和更具成本效益的燃料生产。通过集成生物和化学过程将生物催化的高选择性和化学催化的高效碳链构建相结合，可以提升整体转化效率。此外，选择高效的反应条件和氢气来源是实现最大碳利用率的关键，可再生氢源对于实现SAF生产的可持续性至关重要。
木质素的增值利用
Fig. 2. Overview of lignin structure, along with processes and reactions required to convert biomass into aviation fuels.
木质素的增值利用是实现生物质全组分转化的关键，以降低生产成本并提高碳效率。木质素到航空燃料主要包括生物质分馏、木质素解聚和生物油升级步骤，在某些策略中两个步骤可以同步发生。然而，传统分离方法容易引发木质素的缩合反应，增加了C–C键的生成，造成降解难度提升。为此，近年来“木质素优先”技术逐渐受到关注，通过催化稳定活性中间体或应用保护基团化学（如甲醛辅助分级）来抑制缩合反应，提高木质素的分解效果。
可持续航空燃料的生产现状、技术挑战与发展策略
当前大部分SAF路径只能生成与石油基燃料混合使用的基料，各路径的混合比例不同。ATJ路径和部分混合路径已接近商业化，而如木质素增值等路径则处于较低的技术就绪水平，仍需进一步研发支持。为实现净零排放的长期目标，100% SAF应用的开发成为重点，必须依赖多路径技术进步、市场化成本控制和强有力的政策协同发展。
总结与展望
全球碳中和目标推进各行业的低碳转型，而航空业是最难实现脱碳的运输部门之一，从生物质和生物废弃物中生产可持续航空燃料（SAF）为航空业脱碳提供机会。本文总结了一系列生物和化学催化方法利用木质纤维原料的转化策略，讨论了这些策略的转化途径、催化和工艺，确定了研究的关键挑战与机会。同时，综合转化步骤考虑了木质素的增值策略以便利用整个生物质，最大限度地提高碳效率。通过政策支持、成本控制及技术优化，能够有效促进SAF产量增长，为逐步替代石油基燃料提供可能的路径。
原文信息
本文以“Sustainable aviation fuels from biomass and biowaste via bio- and chemo-catalytic conversion: Catalysis, process challenges, and opportunities”为题发表在Green Energy & Environment期刊，通讯作者为浙江大学李正龙教授。
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https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.09.003
撰稿：原文作者
编辑：GEE编辑部
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