去年 12 月，美国空军驾驶一架 C-17 运输机飞越全国，部分动力来自一种新型推进剂：天然气转化为合成液体燃料。热量和催化剂将甲烷转化为合成气（一氧化碳和氢气），然后合成气转化为液态碳氢化合物（也称为石油及其衍生物）：石油、汽油，以及航空用的煤油。
美国空军负责设施、环境和后勤的助理部长威廉·安德森在谈到这种费托合成燃料时说：“希特勒曾用它来驾驶梅塞施密特战斗机”，这种燃料可以用甲烷、煤、植物油，甚至木材废料制成。“我们相信，拥有可靠的国内燃料来源使我们更容易执行任务[飞行和战斗]。我们飞行飞机所需的燃料来源不太可能中断。”
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无论是超音速战斗机还是商用客机，航空界都已开始寻找未来燃料的征程，从石油衍生的 JP-8 和 Jet A 型号过渡到费托合成燃料或生物燃料。在安全和环境问题以及飞涨的油价（1 月 12 日，联合航空公司每张机票的燃油附加费增加了一倍多，达到 50 美元）的推动下，航空业不断减少燃料消耗，同时寻找更清洁、更便宜的替代品。
美国航空运输协会 (ATA) 首席经济学家约翰·海姆利希在华盛顿特区表示：“我们绝对有兴趣拥有可供我们使用的替代能源，这既是出于经济和环境原因，也是为了纯粹的供应考虑。”该协会代表着占美国客运和货运航空运输量 90% 以上的航空公司。“市面上有很多燃料；有些可能更好，有些可能更糟。我们需要找到至少和现在一样好，甚至更好的燃料。”
岩石到液体
如今的喷气式飞机通常燃烧煤油，这是一种能量密集的碳氢燃料，每公斤可释放高达 48 兆焦耳（每磅 20,700 英制热量单位）的能量，从而实现长途飞行。美国交通运输统计局的数据显示，美国人充分利用了这种能力：航空公司报告称，去年 7 月运送了超过 7200 万名乘客，创下单月历史新高。
与此同时，面对飙升的价格，航空业的燃油效率也大大提高。（2007 年 1 月至 11 月，航空公司仅燃油支出就高达 370 亿美元，并可能效仿联合航空，在 2008 年对客户征收更高的燃油附加费。）根据美国航空运输协会的数据，自 2000 年以来，该行业通过采取诸如减轻飞机重量和推出更高效的发动机等措施，已将燃油消耗量减少了 23%。西北航空公司的安全、健康和环境主管蒂姆·麦格劳表示：“如今，西北航空公司的平均燃油效率约为每加仑 50 客运英里[每升 21 公里]”，这主要是通过用更新、更高效的喷气式飞机取代其老化的机队来实现的。
实现这些改进的主要原因是燃料成本的持续上涨。例如，空军的能源支出自 2003 年以来翻了一番，尽管同期燃油消耗量每天减少了 10,000 多桶。安德森说：“整个空军能源采购量的 80% 以上是液态航空燃料。”“这相当于每年花费纳税人近 60 亿美元来为我们的机队提供燃料。”
因此，空军以及其他军事部门和国防高级研究计划局 (DARPA) 已开始试验替代燃料。DARPA 替代燃料项目经理、技术专家道格拉斯·柯克帕特里克表示：“如果不能降低[石油衍生燃料的]价格，替代燃料至少可以在未来为应对其未来增长或波动提供对冲。”“这里的关键是从单一来源转向多来源。”
他补充说：“任何经营企业的人都知道，您不希望只有一个供应商。从本质上讲，这就是我们目前所处的位置。”
短期内，空军希望利用费托化学技术，该技术在没有石油的情况下，曾使纳粹德国和种族隔离时期的南非的飞机能够飞行（并且至今仍满足南非 40% 的运输燃料需求），以确保供应的多样性。除了驾驶 C-17 飞越全国（该飞机由商用波音 757 上使用的同款普惠 F117-100 发动机提供动力）外，空军还在 8 月份认证了仍在飞行的 20 世纪 50 年代的 B-52 轰炸机可以使用合成燃料。
安德森说：“为什么要从老式武器系统开始呢？”“与新型发动机相比，它的发动机非常简单，发生故障的可能性更小。”
天然气衍生的合成燃料在地面测试、飞行甚至在北达科他州迈诺特寒冷的冬季进行冷启动时，在两种飞机中的表现都非常完美。50-50 的合成燃料和 JP-8 混合燃料满足了空军的所有 40 项燃料性能标准，包括在极高和极低温度下的表现。安德森指出：“飞行员告诉我们，他们在操纵燃料时感觉不到任何差异。”
费托合成燃料有望提供一种可能更清洁的燃料供应。商业航空替代燃料倡议 (CAAFI) 执行董事理查德·奥特曼表示，燃烧更纯净的燃料（比石油衍生煤油更清洁）可以消除导致酸雨的硫排放，并减少（50% 至 90%）通常在燃烧后残留的微小颗粒，商业航空替代燃料倡议 (CAAFI) 是一个行业为开发新能源方案而做出的努力。
但合成燃料不会减少二氧化碳的排放，二氧化碳是导致全球气候变化的主要温室气体。环境组织自然资源保护委员会估计，将煤转化为液体燃料排放的二氧化碳量是生产石油燃料的两倍。安德森说：“我们只会购买比我们目前的替代品更环保的燃料。”“我们目前的替代品是石油基喷气燃料。”
欧盟计划从 2012 年开始限制飞机的碳排放；在美国，相关立法正在审议中，该立法将施加类似的限制，并且五个州（加利福尼亚州、康涅狄格州、宾夕法尼亚州、新泽西州、新墨西哥州和纽约州）已向环境保护署 (EPA) 请愿，要求在过渡期间监管此类排放。CAAFI 的奥特曼说：“我们现在知道，最环保的解决方案将是大量使用生物燃料。”
超越煤油
根据联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 的数据，与其他车辆相比，飞机的排放量相对较小，约占全球化石燃料燃烧温室气体总排放量的 3%，但它对气候产生了重大影响。IPCC 指出，飞机通过在较高的大气层中释放二氧化碳，使分子有更多时间捕获热量，同时还通过凝结尾迹和其他化学活性气体产生影响。
一些航空公司在减少温室气体排放方面取得了成效。西北航空公司的安全和工程高级副总裁肯·海兰德说：“自 2000 年以来，西北航空公司的温室气体排放量下降了 25%，比 1990 年减少了约 5%。”“如果西北航空公司是一个国家，我们将符合《京都议定书》（关于减少温室气体排放的议定书）。”
但整个航空业的排放量仍在继续攀升。根据环保署的数据，从 1990 年到 2005 年，军用飞机的温室气体排放量下降了 50%，但商用航空公司的排放量上升了 16%，这主要是由于运营商数量的增长。
仅靠效率提高——即使是采用改进型发动机和设计的飞机（如波音 787，预计其燃油效率将比现有大型飞机提高 20%）也无法解决问题。波音公司能源和排放技术负责人戴维·达格特说：“低二氧化碳燃料将帮助我们解决剩余部分。”“这就是为什么我们特别关注生物燃料的原因。”
其中一种生物燃料——乙醇——已用于为大量使用的商用机队提供动力：活塞发动机螺旋桨农作物喷粉机。贝勒航空科学研究所主席马克斯·肖克（曾在 20 世纪 80 年代的航空展上驾驶乙醇动力螺旋桨飞机）已在巴西改造了至少 1,000 架此类飞机，巴西是一个通过采用国内生产的甘蔗乙醇来摆脱对外国石油依赖的国家。
乙醇除了对发动机更温和外，成本也只有此类螺旋桨飞机通常使用的航空汽油的四分之一到一半。然而，由于能量密度较低，乙醇会减少此类飞机的飞行小时数或距离，但“它能产生更大的动力，而且是一种温室气体中性燃料，”肖克说。“世界上生产的乙醇足以驱动所有活塞发动机飞机。”
美国联邦航空管理局 (FAA) 正在进行测试，但尚未批准乙醇作为美国活塞发动机飞机的燃料，FAA 环境与能源办公室首席科学家兼技术顾问卢尔德斯·莫里斯说。无论如何，乙醇的低能量密度使其不适合喷气涡轮发动机。CAAFI 的奥特曼说：“显然我们不能使用乙醇。”“这是一种幸运。我们不想与粮食作物竞争。”
从植物油中提取的类似柴油的燃料可能既能避免这个问题，又能提供类似的温室气体减排效果（取决于植物的种植方式）。此前，一架捷克斯洛伐克 L-29 喷气式飞机——由捷克军方在 20 世纪 60 年代专门制造，用于使用替代燃料——完全由再生的加拿大油菜籽油提供动力，飞行了 37 分钟，高度达到 17,000 英尺（5,180 米）。BioJet 1 副驾驶道格·罗丹特是绿色燃料国际公司（一家推广替代燃料的公司）的总裁，他问道：“您是愿意从中东购买石油，还是从中西部购买？”
但生物柴油会在高空低温下凝固成凝胶状，这对任何飞机燃料来说都是致命的缺陷。捷克喷气式飞机装有燃料加热器来解决这个问题，内华达州斯帕克斯市生物柴油解决方案公司总裁兼首席执行官、物理学家鲁迪·威德曼认为，类似的解决方案也可以应用于其他喷气发动机，该公司是此次飞行的燃料供应商。
或者，可以进一步提炼生物柴油本身，以确保其在至少 –40 摄氏度（–40 华氏度）之前不会凝固，这是目前石油衍生喷气燃料的标准。霍尼韦尔公司 UOP 已开发出一种“绿色柴油”，方法是在 DARPA 的支持下，加热植物油和动物油，在长碳氢化合物链中添加氢原子。此外，其“生态精炼”工艺还在链中添加扭结，以防止它们在低温下轻易堆叠或凝胶，从而生产出一种类似柴油的燃料，其燃烧质量是石油衍生燃料的两倍。
达格特说，波音公司已在其许多 747 飞机上使用的通用电气喷气发动机中测试了两种具有这种防冻性能的“植物基生物燃料”。维珍大西洋航空公司宣布，今年年初，它将在一架 747 飞机的四个发动机之一中进行生物柴油-石油柴油混合燃料的首次飞行测试；新西兰航空公司计划在今年晚些时候在其一架 747 飞机上的劳斯莱斯发动机上进行类似的试飞。
第一个 UOP 衍生的生态精炼设施正在意大利里窝那建设中，该设施能够为地面车辆生产 1 亿加仑柴油燃料；第二个设施计划在葡萄牙锡尼什建造。UOP 可再生能源化学品主管詹妮弗·霍姆格伦说：“转向生物燃料并不意味着我们必须做出妥协。我们已经在生产看起来与真品完全相同，甚至更好的燃料。”“真正的限制将是原料。”
即使将所有此类来源都转化为燃料（这将严重影响食品供应），来自大豆和加拿大油菜籽等植物的油也无法满足美国飞机每天燃烧的 6000 多万加仑喷气燃料的一小部分需求，这几乎占全球用量的四分之一。波音公司很难找到能够生产可测试数量产品的生物燃料供应商。达格特说：“当您要求 1,000 加仑时，立即就会淘汰很多公司。”
因此，像 UOP 这样的私营公司、像 DARPA 这样的政府机构以及像 CAAFI 这样的商业组织都已开始考虑更广泛的来源，包括巴西巴巴苏棕榈树种子的油或植物的木质或纤维素部分转化。加州大学河滨分校的化学工程师查尔斯·怀曼主张生物炼油厂将种子油、农作物的秸秆和其他残渣，甚至木浆废料转化为各种替代燃料。
他说：“您正在以可再生的方式在某种能源种植园中种植木材或草，以生产生物质。”“将其中一部分转化为乙醇，然后将您无法转化的部分使用费托合成技术制成柴油燃料，这种燃料可以针对喷气燃料进行定制。”
或者可以种植藻类。怀曼说，这种微小植物“在压力下可以产生相当于其重量 60% 的油”。新墨西哥州桑迪亚国家实验室的系统工程师罗恩·佩特一直在分析微观植物的燃料潜力，他说，封闭的容器可能会生产出纯种的高油物种，用于饲养到大型池塘中，以种植足够的供应量。
佩特说，这种广阔的藻类农场也可能依靠所谓的“受损”水，即咸水海洋或受污染的水。“从污水处理厂出来的水含有营养物质——硝酸盐，这会促进藻类生长，”波音公司的达格特指出。“您可以收获藻类并提取油，然后以比离开污水处理厂时更清洁的状态释放水。”
但是生物炼油厂将耗资数亿美元，并且需要对现有工艺进行重大升级，而此类藻类方案尚未尝试。“美国能源部 (DOE) 已为一些试点生物炼油厂提供了资金，DARPA 也为开始探索藻类可行性的初步工作提供了资金，但这需要数年时间才能广泛使用任何此类燃料。达格特说：“10 到 20 年是一个合理的时间范围。”
化石燃料混合物
与此同时，空军计划到 2011 年认证其整个机队可以使用甲烷或煤衍生的费托合成燃料，并计划购买足够的此类燃料，以在 2016 年之前为美国大陆至少 50% 的机队提供动力。11 月份开始了对更纯净的合成燃料在用于超音速飞行的喷气式加力发动机中的性能测试。
安德森说：“这大约是 4 亿加仑[15 亿升]燃料”，而今年的购买量为 281,000 加仑[106 万升]，预计明年的购买量为 500,000 加仑[190 万升]。 “到 2016 年，它可能只会在[环境方面]略有改善。碳中和？可能不会。”
尽管此类合成燃料实际上可能会增加温室气体排放，具体取决于它们的生产方式，但它们将摆脱石油霸权的束缚。安德森指出：“美国地下的煤炭按目前的用量可以持续 400 到 500 年。如果您将煤炭的使用量增加一倍、两倍或三倍，当然就不会是 400 年了，而是 100 年或 50 年。”“但还有 50 年才能实现无碳经济。”
在此之前，可以通过将相对少量的生物燃料混合到此类合成燃料中来限制对地球气候的影响——DARPA 出于后勤原因拒绝了这一选择——或者捕获合成燃料生产中产生的二氧化碳，并利用它来促进植物的生长，以便转化为燃料。CAAFI 的奥特曼说：“在不可再生燃料（煤制油和天然气制油）中加入低至 20% 的生物燃料，您就可以实现混合燃料的碳中和。”
绿色飞行国际公司的罗丹特说，20% 的混合燃料不需要对现有飞机发动机或基础设施进行任何修改。“喷气燃料和生物燃料混合是很容易做到的，”他说，“我不认为 100% 生物燃料是答案。”
每桶 100 美元的油价已经远高于合成燃料生产设施盈亏平衡的每桶 40 美元水平，甚至也高于可能使碳捕获在经济上可行的每桶 70 美元水平。FAA 的莫里斯说：“最大的挑战是生产能力——以及坚持不懈。”“如果原油价格下跌，我们还能保持兴趣吗？”
尽管如此，能源安全、供应多样性和环境等因素的结合可能会维持商业航空的兴趣，尽管其总体目标较小——明年认证合成燃料混合物，2010 年认证完全合成燃料，2013 年认证生物燃料。美国航空运输协会的海姆利希说：“人们对优于每桶 90 美元石油、国内供应更好且有助于应对日益增长的环境压力的燃料存在潜在需求。”“我还没有看到那种神奇的万能燃料。”
在此期间，许多航空公司正在提供抵消航空旅行相关温室气体排放的方法，例如总部位于美国的达美航空与保护基金合作开展的项目，该项目通过植树造林来换取乘客可以选择在往返国内机票价格中增加 5.50 美元，或往返国际航班增加 11 美元。总部位于英国的维珍大西洋航空公司与 myclimate（一家瑞士抵消提供商）达成了类似的协议，后者使用根据机票价格浮动的额外乘客费用，为印度等发展中国家的可再生能源项目提供资金。然而，目前尚不清楚此类由乘客资助的合作伙伴关系在多大程度上缓解了气候变化，而且它们远不能替代碳中和的替代喷气燃料。
空军的安德森说：“我们本应在 20 世纪 70 年代坚持下去，这样我们就不会进行这场讨论了。”“无论[开发这种燃料]需要 30 年还是 50 年，如果我们明天开始，肯定比今天开始花费更长的时间。”