永續航空燃料SAF應用現況
邱炳嶔 研究員
財團法人中技社
1.永續航空燃料SAF應用現況
航空業佔全球碳排放約 2-3%，在減碳壓力下，航空業者、能源業者及各國政府和國際組織，共同攜手尋找取代傳統燃油的替代燃料，稱為永續航空燃料 (Sustainable Aviation Fuels, SAF)，以減少航空業碳足跡，邁向淨零碳排。
航空業為減少對化石燃料的依賴，一開始從生質燃料研發著手，將生物質原料（如植物油、廢油、藻類等）經過各種轉換技術，轉化為航空燃料。2008 年，維珍大西洋航空使用混合 20% 椰子和巴巴蘇油的生質燃料，進行飛行測試。隨著技術逐漸可行，國際航空運輸協會（IATA）和其他航空組織開始制定 SAF 的標準和規範，確保其能夠安全地與傳統航空燃料混合使用。2011 年，荷蘭皇家航空（KLM）是全球的一個使用 SAF 的商業航班。近年隨著歐美各國推出補貼、稅收優惠和可再生能源標準，使 SAF 加速商業化腳步，2019 年起國際主要航空公司陸續開設使用 SAF 的商業航班，如表1所示，可以看到除了 ExxonMobil、TotalEnergies 等傳統能源公司之外，Velocys、Neste、Fulcrum BioEnergy 等也具備生產 SAF 的技術能力，並供應 SAF 給航空公司。
表1 全球使用SAF的主要航空公司
| 航空公司 | 使用SAF的主要活動 | 供應商/合作夥伴 | 重要年份 | 備註 |
| 荷蘭皇家航空 (KLM) | 首個商業航班使用SAF | 回收食用油 | 2011年 | 全球首家使用SAF的商業航班 |
| 英國航空 (British Airways) | SAF生產設施合作、跨大西洋航班測試飛行 | Velocys | 2021年 | 建設SAF生產設施，進行長途航班測試 |
| 芬蘭航空 (Finnair) | 持續使用SAF、推動測試計畫 | Neste | 2019年 | 北歐首先使用SAF |
| 美國航空 (American Airlines) | 長期供應協議、定期航班使用SAF | Neste, Gevo | 2020年 | 用於洛杉磯國際機場定期航班 |
| 新加坡航空 (Singapore Airlines) | 亞太區域SAF計劃 | ExxonMobil, Neste | 2022年 | 用於樟宜機場航班 |
| 法國航空 (Air France) | 法國國內航班使用SAF | TotalEnergies | 2021年 | 目標到2030年達到10%的SAF使用比例 |
| 日航 (Japan Airlines) | 國際合作、美國城市廢棄物轉化SAF、奧運會期間使用SAF | Fulcrum BioEnergy, ANA | 2020年 | 2020年東京奧運會期間國際航班使用SAF |
2.SAF產能與技術
隨著法令要求 （如歐盟的《可再生能源指令》要求增加永續燃料的使用比例）、推出補貼政策 （歐盟、美國、日本等國）等因素影響下，技術發展腳步逐漸加快。目前全球 SAF 市場正處於擴展階段，主要的 SAF 供應商正在增加其產能，表2是主要 SAF 供應商的年度 SAF 產量與展望。目前供應量最大的是 Neste 可達每年 50 萬噸，預計 2030 年提升到 500 萬噸。在技術方面，使用玉米、廢油、固體廢棄物、發酵等技術來生產 SAF。
表2 主要SAF供應商的年度SAF產量與展望
| 供應商 | 每年SAF產量（大約） | 生產基地 | 備註 |
| Neste | 50萬噸（2023年） | 芬蘭、新加坡 | 全球領先的SAF供應商，計劃到2030年將產能提升至500萬噸 |
| World Energy | 7.5萬噸 | 美國加州 | 世界首個商業化生產SAF的工廠，主要供應北美市場 |
| Gevo | 4萬噸（2024年目標） | 美國科羅拉多州 | 使用玉米等生物質為原料，計劃在未來幾年擴展產能 |
| TotalEnergies | 17萬噸 | 法國 | 使用廢油和其他生物質生產SAF，計劃增加生產設施 |
| Fulcrum BioEnergy | 10萬噸（2024年目標） | 美國內華達州 | 利用城市固體廢物生產SAF，設施正在擴建中 |
| LanzaTech | 2萬噸 | 美國伊利諾伊州 | 使用氣體發酵技術生產SAF，正尋求擴展至全球市場 |
| Velocys | 5萬噸（2025年目標） | 英國 | 使用廢棄物轉化技術，正在建設新生產設施 |
| Repsol | 12萬噸（2023年） | 西班牙 | 主要供應歐洲市場，計劃在2030年達到20萬噸 |
| Shell | 10萬噸（2023年） | 美國路易斯安那州 | 全球主要能源公司，計劃擴展至更多地區生產SAF |
除了生質燃料、廢棄物轉化之外，隨著再生能源產能持續增加，利用再生能源透過電解水所產生的綠氫成為替代傳統燃料的來源之一，利用氫氣合成 SAF 則成為新的技術選項。以氫氣為原料生產 SAF 的技術重點為氫氣來源、碳源來源、合成反應技術、環境與經濟效益提升。以下是技術重點摘要：
- 氫氣來源
- 綠氫製備：綠氫是通過可再生能源（如太陽能、風能）電解水得到的氫氣，製備過程中不產生二氧化碳。這是最環保的氫氣來源，但目前成本較高。
- 藍氫製備：藍氫是通過化石燃料（如天然氣）重整生成的氫氣，並結合碳捕集與封存技術（CCS）來減少碳排放。這是一種過渡性技術，成本相對較低。
- 碳源來源
- 二氧化碳捕獲(CO2 Capture)：使用工業排放的二氧化碳（如鋼鐵、化工行業）作為碳源，或者直接從空氣中捕集二氧化碳（DAC技術），捕獲的二氧化碳與氫氣結合，可以合成長鏈碳氫化合物，形成SAF的基礎結構。
- 生物質(Biomass)原料：利用植物或農業廢棄物作為碳源，通過熱解、氣化或其他生物轉化技術，將其轉化為合成氣（含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物），再進行SAF合成。
- 合成反應技術
- 費托合成（Fischer-Tropsch Synthesis）：將氫氣與一氧化碳在高溫高壓下，通過金屬催化劑（如鐵或鈷）合成液態燃料的關鍵技術。該過程可以產生多種碳氫化合物，並且可以調整產品組成以符合航空燃料的標準。
- 甲醇到燃料（Methanol-to-Fuels）技術：通過將氫氣與二氧化碳反應生成甲醇，再將甲醇轉化為烴類化合物製備SAF。
- 觸媒技術：在氫氣與碳源的合成反應中，高效、耐久且選擇性高的觸媒是技術關鍵。隨著反應時間的延長，催化劑會逐漸失活，開發有效的催化劑再生技術可以延長催化劑壽命，降低生產成本。
- 提升環境與經濟效益
- 碳足跡最小化：在整個生產過程中，確保所使用的氫氣和碳源具有最小的碳足跡，並通過技術優化和能效提升，進一步降低生產過程的碳排放。
- 經濟可行性：隨著技術的進步和規模化生產，降低氫氣生產和SAF合成的成本，將是推動該技術商業化的關鍵。
3.SAF發展趨勢
SAF 的價格通常比傳統的航空燃油高出許多，具體價格差異因地區、供應量和生產方法不同而有所變化。
傳統航空燃油價格通常在每加侖2到3美元左右。SAF因原料成本、技術要求和生產規模尚未達到經濟效益，SAF 的價格範圍通常在每加侖5到10美元之間。
降低 SAF 生產成本的關鍵因素在於低碳原料取得與成本，生質物轉換SAF需克服生質物供應量是否穩定充足、是否競爭糧食作物等問題；廢棄物轉換SAF則需面對廢棄物供應不穩定的問題。
因此當需求持續成長，尋求更穩定、高品質、低成本的SAF供應來源是長期發展的關鍵因素。氫氣合成SAF的氫源透過再生能源轉化而來，預計2030年後，隨著氫氣生產技術進步、成本下降，SAF成本將趨近傳統燃油，將有助於大量擴增產能，滿足全球航空業對SAF的需求，朝向淨零碳排的目標邁進。
