航空减排的新路径：食物垃圾变喷气燃料
航空业是全球温室气体排放的重要来源之一。以生物质为基础的可持续航空燃料（SAF）被视为减缓航空气候影响的关键方案，但目前在供应链和产量方面仍存在明显瓶颈。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究团队提出了一种利用食物垃圾生产喷气级燃料的新方法，有望推动城市有机废弃物的高值利用，助力循环生物经济建设。相关成果发表在《自然可持续性》期刊上，论文重点分析了该技术路线的工艺可行性、经济性以及环境影响。
从食物垃圾到原油：HTL工艺
在此前的研究中，该团队已经提出了一条可满足航空标准的SAF制备路线。本次工作延续了这一总体思路，仍然采用水热液化（HTL）将食物垃圾转化为生物原油。HTL通过高温高压条件模拟地质环境下原油的形成过程，但反应时间大幅缩短，随后再通过催化精炼升级为燃料。
与之前更依赖催化升级的方案不同，本研究采用了催化强度更低、更加依赖蒸馏分离的简化工艺。蒸馏是工业上成熟且广泛应用的分离技术，整体流程更经济、环境负担更小。不过，这种简化路线得到的燃料品质略低于传统升级方法，需要与常规喷气燃料进行混合后使用。
通讯作者、伊利诺伊大学农业与生物工程系创始教授张元辉（该系隶属于农业、消费者与环境科学学院及格兰杰工程学院）将这一模式类比为车用乙醇燃料：乙醇同样需要与化石燃料混合，才能在现有汽车发动机中正常使用。
50:50混合思路与可行性
张教授指出，要完全依靠SAF满足航空业的燃料需求，在短期内难度极大。因此，借鉴生物柴油和乙醇燃料的做法，以一定比例与化石燃料混合，是更现实的过渡路径。
在本研究中，团队以50%混合比例为基础进行测试，即将由食物垃圾制得的SAF与常规喷气燃料按1:1混合。他表示，如果50%混合比例在性能和安全性上可行，那么在实际应用中采用10%或20%的SAF掺混比例就更没有问题。
为此，研究人员针对关键物性指标进行了系统测试，以验证所得混合燃料能否满足美国材料与试验协会（ASTM）和联邦航空管理局（FAA）对喷气燃料的相关标准。
目前，该团队仍处于实验室规模阶段。张教授介绍，他的实验室已经可以制备数升级的升级燃料，足以开展柴油发动机测试，下一步计划推进喷气发动机相关试验。
供应链瓶颈与HTL原料优势
在张教授看来，SAF大规模推广的最大障碍之一，是如何将城市和工业中的有机废弃物从“处置”环节转向“资源化利用”。现实中，大部分食物垃圾最终被送往填埋场或污水处理厂，在那里被分离并转化为污泥，难以再进入燃料生产链条。
食物垃圾的收集、分类和运输存在明显的物流挑战，而HTL工艺在原料适应性方面具有一定优势：它可以直接利用经过处理的废水作为原料之一，从而在一定程度上缓解原料收集和预处理的难题。
不过，HTL在处理湿废弃物的同时，也会产生一种富含养分但具有毒性的副产物流——HTL水相（HTL-AP）。如何安全、经济地处理并尽可能回收其中的有价值成分，是实现整体工艺可持续性的关键问题之一。
电化学处理HTL-AP：副产物的资源化
为应对HTL-AP带来的环境与成本压力，张教授团队探索了利用电化学（EC）技术对HTL-AP进行处理和资源回收的方案。通过EC过程，可以从HTL-AP中回收部分有机酸和营养物质，实现副产物的增值利用，而不仅仅是简单排放或外送处理。
研究人员在此基础上，对“生物原油升级 + HTL-AP处理”的整体流程进行了技术经济分析和生命周期评估。他们构建了三个情景进行对比：
- 基线情景：HTL-AP直接送往集中污水处理厂处理；
- 当前EC情景：采用现有电化学技术对HTL-AP进行处理和回收；
- 未来EC情景：基于技术进步假设，对EC工艺进行改进和成本优化。
结果显示，在当前技术条件下，采用EC处理HTL-AP会显著推高成本：单位燃料的生产成本几乎是基线情景的三倍，主要原因在于EC设备投资和运行费用较高。不过，研究团队预计，随着电化学技术的成熟和规模化应用，未来EC处理的成本有望下降到与基线情景相当的水平。
负碳排放与气候效益
在环境影响方面，团队重点评估了不同情景下的全球变暖潜势（GWP），即以二氧化碳当量衡量的温室气体排放对气候变暖的贡献。
分析结果表明，无论是将HTL-AP送往污水处理厂的基线情景，还是采用改进EC技术的未来情景，整体系统都可以实现“负碳排放”，即在全生命周期内净吸收或抵消的温室气体多于排放量，从而降低GWP。这意味着，从城市有机废弃物中制备SAF，不仅有助于减少航空燃料的化石碳排放，还能在废弃物管理环节带来额外的减排收益。
结论：通往循环生物经济的一条可行路径
综合技术、经济和环境评估，研究团队认为，这一以食物垃圾为原料、通过HTL和简化精炼制备SAF，并与常规喷气燃料按一定比例混合使用的方案，在当前阶段已展现出较好的技术可行性和环境效益。
尽管在原料收集、HTL-AP处理成本以及规模化应用方面仍有挑战，但该研究为将城市有机废弃物转化为可持续航空燃料提供了一条清晰路径，也为构建以资源循环利用为核心的生物经济体系提供了重要参考。
