可持續航空燃料與氫含量檢測：航空業綠色轉型的關鍵技術

背景：航空減碳的迫切性

商業航空占全球二氧化碳排放量的2.5%，且隨著航空需求增長，碳排放壓力日益嚴峻。為實現國際減排目標（如2050年凈零-排放），航空業亟需替代傳統化石燃料。目前主流方案包括 可持續航空燃料（SAF） 和氫能：

l SAF：通過生物質（植物油、藻類、廢棄油脂）或合成工藝（電解水制氫+CO?捕獲）生產，化學性質與傳統航空煤油一致，可直接混合使用（最高50%），全生命周期減排高達80%。

l 氫能：質量能量密度為傳統燃料的3倍（120 MJ/kg），可實現零碳排放，但需解決存儲、運輸及燃燒技術難題。

截至2025年，SAF僅占全球航空燃料的0.6%，但需求預計2030年增至45億加侖（占3.8%）。氫能則處于技術驗證階段，尚未大規模應用。

傳統燃料與替代方案的局限性

1. 傳統航空煤油：

l 高碳排放（生命周期排放89克CO?eq/MJ），依賴化石能源。

2. SAF的挑戰：

l 成本高昂：當前價格是傳統燃料的3-7倍，生物質原料供應有限。

l 生產瓶頸：合成SAF（e-SAF）依賴綠氫與碳捕集，能源消耗大。

l 混合比例限制：目前僅允許50%混合，100%純SAF需發動機適配。

3. 氫能的障礙：

l 存儲與運輸：液態氫需-253℃極低溫儲存，儲氫罐設計復雜，機場基礎設施需全面改造。

l 燃燒技術：傳統發動機無法直接使用氫燃料，氫燃料電池能量密度僅傳統發動機一半。

l 環境影響：燃燒可能增加水蒸氣排放，加劇航跡云效應。

低場核磁共振技術：氫含量檢測的核心利器

原理與優勢

低場核磁共振（LF-NMR）基于氫質子（1H）信號捕捉能力，通過弛豫譜圖分析含氫分子的微觀運動，實現對燃料成分的定性與定量檢測。其在SAF和氫燃料領域的關鍵應用包括：

1. SAF穩定性與成分分析：

l 快速檢測生物柴油氧化穩定性，量化抗氧化劑效果，提升燃料壽命。

l 精準測定混合油品中生物柴油含量，確保符合混合標準（如ASTM D7566）。

2. 氫燃料研發支持：

l 監測木質素噴氣燃料等新型儲氫材料的氫存儲效率，助力高密度氫載體開發。

l 無損分析氫分子在燃料中的分布狀態，優化儲氫材料結構。

技術優勢：

l 綠色高效：無需化學試劑，無污染，5分鐘內完成檢測。

l 高精度：對氫原子敏感，誤差率＜1%，優于傳統色譜法。

l 適用性廣：可適配實驗室與生產線，支持SAF生產質控與氫燃料研發。

未來展望：協同創新推動航空脫碳

l SAF路徑：需擴大生物質來源（如廢棄物）、降低e-SAF成本，并推動100%純SAF發動機認證。

l 氫能路徑：突破極低溫存儲技術，開發低NOx燃燒系統，建設“氫樞紐機場”。

l 檢測技術升級：低場核磁共振可進一步整合AI算法，實現燃料性能的實時預測與優化。

應用案例：

SAF與氫能是航空業綠色轉型的雙引擎，而低場核磁共振作為關鍵技術，將為燃料研發與質量控制提供核心支撐。在政策驅動下（如歐盟SAF強制配額），航空業有望在2030年迎來可持續燃料的規模化拐點。