美國國防部永續航空燃料之推行與挑戰
2023.03.31
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壹、新聞重點
2023年2月底美國國防部「國防創新部門」（Defense Innovation Unit, DIU）偕同「作戰能源能力改善基金」（Operational Energy Capability Improvement Fund, OECIF）、美國空軍（USAF）、美國陸軍工兵署（U.S. Army Office of the Chief of Engineers）及美國能源部等單位提供6500萬美元資助「空中公司」（Air Company）執行「競爭環境合成燃油」計畫（Synthetic Fuels for the Contested Environment, Project SynCE），打造適合戰時快速部署、小型易移動的「永續航空燃料」（Sustainable Aviation Fuel, SAF）生產系統。[1] 美國國防部考量戰備需求及遠程作戰能力，早至二戰結束前即投入研發自油頁岩（oil shale）提煉之合成航空燃料，然而2000年代後推動之合成航空燃料則以低碳甚至零碳製程為訴求。本文著重分析美國國防部自彼時迄今推行永續航空燃料的進展與挑戰。
貳、安全意涵
一、國家能源安全政策之轉變促使美軍發展永續航空燃料
2000年代初始，美國國防部對永續航空燃料的立場較被動，發展契機則源於國家能源安全政策之轉變。2005年美國《能源政策法令》（The Energy Policy Act of 2005）授權國防部長有國家利益需求時，得自國內採購煤炭製成之航空燃料，也要求其偕同能源及內政部長組成工作小組，加速油頁岩、油砂及其他戰略性非傳統燃料的商業開發，美國空軍亦提議於馬姆斯卓空軍基地（Malmstrom Air Force Base）建造日產2萬5千桶燃油之煤炭液化（coal-to-liquid, CTL）工廠，然而隨後的2007年《能源獨立與安全法》（The Energy Independence and Security Act of 2007）卻轉為不鼓勵美國國防部採購煤炭製成之航空燃料，而前述之空軍建廠計畫亦在其他安全因素考量下取消。[2]
2009年《國防授權法案》（Duncan Hunter National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2009）則指示美國國防部長研究如何減少包含煤炭液化在內的替代或合成燃料碳排放，並向國會之撥款委員會國防小組報告，不過被委託製作研究報告的智庫蘭德公司（RAND Corporation）卻指出，非化石替代燃料對美國國防部而言沒有直接益處，且若偏重以糧食原料生產替代燃料將衝擊食物安全。[3] 當時在主政歐巴馬政府領導下，美國國防部已納入減碳思維並設定數項目標，例如要求空軍於2016年以前所有國內飛行需使用50%的替代燃料，海軍則於F/A-18戰機及其他直升機測試亞麻薺籽及藻類製成之永續航空燃料，以及希望陸戰隊於2020年前達成替代燃料占總能源消耗量至少50%的目標，因此對蘭德公司報告論述表達不認同的立場。[4]
二、現地生產合成燃料可降低對傳統石化燃料之依賴及運補風險
另一個促使美國國防部重視永續航空燃料的原因，則是因美國在阿富汗與伊拉克等地區，仰賴傳統石化燃料的長程後勤運補效率不彰，運送過程中所招致的傷亡風險亦極高。美國陸軍環境政策研究所（Army Environmental Policy Institute）一份調查顯示，化石燃料運補車隊容易成為敵方攻擊目標，2007年度美軍在伊拉克平均每出動24個運補車隊，即有一人死亡，而美軍同年度在阿富汗則是每出動39個車隊運補車隊，即有一人死亡，因此美軍開始投資替代燃料，期能以現地生產減少燃料運輸之需求及傷亡，2012年亦有300餘位退役軍人簽署公開信，呼籲支持美軍為減少化石燃料依賴所執行的措施；雖然爾後至2020年以前，受制於簡化後勤之「單一燃料概念」（Single Fuel Concept），美軍在替代燃料的推動程度有限，私部門在技術取得進展後已開始積極布局，並帶動國防部門的合作意願。[5] 美軍並接連推出與民間公司在低碳或零碳航空燃油之合作計畫，例如2021年美國「空軍作戰能源辦公室」（U.S. Air Force Operational Energy）與「Twelve」公司進行之「E-Jet」試驗計畫，即成功證明現地以空氣中收集之二氧化碳生產出航空燃料的可行性。[6]
參、趨勢研判
一、永續航空燃料處商業化初階與大規模量產存在差距
雖然目前永續航空燃料處於商業化的初始發展階段，離大規模量產存在差距，仍可看到美國國防部扮演相當積極推動的角色：「空中公司」（Air Company）於2023年2月得到美國空軍提供6,500萬美元資助執行「SynCE」計畫前，先於2021年即已取得「美國空軍研究實驗室」（Air Force Research Laboratory, AFRL）所資助之「FIERCE」計畫，收集造紙廠和乙醇精煉廠排放的二氧化碳，與再生能源電力電解水得到的綠氫，製成與民航機使用之Jet A-1性質相近、共五萬加侖的永續航空燃料，並於2022年7月在佛羅里達成功執行首次以大型無人機、100%使用永續燃料之試航。[7] 而2023年所啟動之「SynCE」計畫期程規劃為2至5年，美國國防部近期並將繼續探索多種自空氣或海洋收集二氧化碳的方式，持續朝低成本之永續航空燃料的挑戰目標邁進。[8]
二、先自美國大陸基地設置燃料產線再推廣簡化版至海外據點
美國國防部推進永續航空燃料的順序，將以美國大陸的基地為優先，結合各基地內部之太陽光電等綠能設施，設置永續燃料之相關生產設備，後續並規劃將製程及設備簡化推廣至海外據點，最終目標為支援作戰環境現地的航空燃料需求。[9] 美軍亦表示近期試驗結果顯示，永續航空燃料於軍事應用上極具發展與投資潛力，可望開闢新的作戰能力並強化美方之軍事戰略優勢。[10]
[1]“Department of Defense to Prototype Use of Synthetic Fuels for Contested Environments,” Defense Innovation Unit, February 28, 2023, https://reurl.cc/7R01LD.
[2]“ENERGY POLICY ACT OF 2005,” Library of Congress, August 8, 2005, https://reurl.cc/9VDvgd; “Fischer-Tropsch Fuels from Coal, Natural Gas and Biomass: Background and Policy,” EveryCRSReport, March 27, 2008, https://reurl.cc/9VDq7O.
[3]“S.3001 - Duncan Hunter National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2009,” Congress.gov, December 5, 2008, https://reurl.cc/jl9jjZ.
[4]Larry Shaughnessy, “Study Says Greener Military Isn’t Better Military, DoD Disagrees,” CNN News, January 25, 2011, https://reurl.cc/DmOdYm; James T. Bartis & Lawrence Van Bibber, “Alternative Fuels for Military Applications,” RAND Corporation, 2001, https://reurl.cc/xl3OAe; Secretary Ray Mabus, “Moving the Navy and Marine Corps Off Fossil Fuels,” the White House President Barack Obama, January 24, 2011, https://reurl.cc/3OMjlM..
[5]David S. Eady, Steven B. Siegel, R. Steven Bell & Scott H. Dicke, “Sustain the Mission Project: Casualty Factors for Fuel and Water Resupply Convoys,” Defense Technical Information Center, September 1, 2009, https://reurl.cc/DmO36Q; Adam Tiffen, “Going Green on The Battlefield Saves Lives,” War on the Rocks, May 22, 2014, https://reurl.cc/Y83EgO; Walker Mills and Erik Limpaecher, “The Promise of Hydrogen: an Alternative Fuel at the Intersection Of Climate Policy and Lethality,” Modern War Institute, December 17, 2021, https://reurl.cc/b7mVOE.
[6]Corrie Poland, “The Air Force Partners with Twelve, Proves It’s Possible to Make Jet Fuel Out of Thin Air,” Official United States Air Force Website, October 22, 2021, https://reurl.cc/8qXeyR.
[7]Maj. Nicole Pearl, Dr. Paul Wrzesinski and Capt. Kaleb Mitchell, “Project FIERCE Fuels the Future of Synthetic Jet Fuel Generation,” The Air Force Research Laboratory, November 8, 2022, https://reurl.cc/zAKNpe.
[8]“Why the US Military Plans to Start Making Its Own Jet Fuel,” Popular Science, March 3, 2023, https://reurl.cc/rLvKQN.
[9]同註8。
[10]同註7。