随着全球航空业向低碳转型，可持续航空燃料（SAF）被认为是最具潜力的减碳途径之一，但目前其使用比例仍不足1%，主要受限于高成本。近日，清华大学环境学院赵明副教授课题组和哈佛大学教授迈克尔·麦克尔罗伊（Michael B. McElroy）等合作在航空环境影响研究领域取得新进展。研究团队提出了一条兼顾“零废城市”和“低碳航空”双重目标的路径：将不断增长的城市生活垃圾（MSW）转化为航空燃料。该研究基于工业规模的气化与费托合成数据，对MSW制SAF的全生命周期进行了系统评估。

当前，全球正在积极探索加氢酯化与脂肪酸（HEFA）、气化-费托合成（FT）、酒精制航油（ATJ）以及电转液体燃料（PTL）等多种SAF生产路径。然而，这些技术大多起源于生物燃料产业，原料主要依赖粮食或饲料作物，存在土地竞争、碳减排有限、供应受限等问题。目前唯一实现商业化的HEFA路线因原料稀缺已在多国受限，而ATJ、FT虽然前景广阔，却因成本高、投资大、工艺复杂难以被大规模应用。相比之下，以废弃物作为碳源被认为是更具可持续性的选择。在众多废弃物原料中，城市生活垃圾（MSW）因收集体系完善、来源稳定、无需额外耕地而极具潜力。然而，MSW组分复杂、含水量高、颗粒不均等特点使其气化过程充满挑战。目前，多数研究仍停留在理论建模阶段，缺乏基于真实工业数据的验证。

基于此，研究团队结合工业规模的气化-费托合成数据，系统评估MSW制SAF的减排潜力与技术瓶颈。研究旨在为“零废城市”与“低碳航空”的融合提供切实可行的解决方案，展示将城市生活垃圾转化为低碳航油的可行路径。结果显示，这一路径比传统航油可减少约80%~90%的温室气体排放，每处理1吨垃圾可减排超过170千克二氧化碳。如果在过程中引入绿氢，减排潜力还能再提高约50%。如果在全球范围内推广，这一技术每年可生产逾5000万吨可持续航空燃料，带来约16%的航空业减排潜力。以欧洲为例，研究估算的年产能（540万吨）已超过欧盟可持续燃料掺混要求，并符合其对非粮食原料的政策限制。经济分析还表明，在碳抵消与减排计划（CORSIA）框架下推广MSW制SAF，可在获得补贴时显著降低行业减排成本。

MSW-SAF的全生命周期温室气体排放评估

研究成果以“城市固体废弃物制造可持续航空燃料”（Powering air travel with jet fuel derived from municipal solid waste）为题，于11月3日发表于《自然·可持续性》（Nature Sustainability）。

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences）博士后张敬然（清华大学环境学院2022届博士毕业生）为论文第一作者。清华大学环境学院副教授赵明和哈佛大学教授迈克尔·麦克尔罗伊为论文通讯作者。清华大学环境学院郝吉明院士、吴烨教授、张少君副教授、王放博士、陈兆佳博士、董卫果博士，以及哈佛大学克里斯·尼尔森（Chris P. Nielsen）等在模拟方法和结果讨论等方面提供了重要帮助。来自苏州允清环境能源科技有限公司和中国神华能源股份有限公司的专家为研究提供了重要的专业咨询。