8月17日，美国国家科学技术委员会（NSTC）公开发布了联邦政府替代喷气燃料研发战略，作为联邦政府的统一计划，明确提出了四大研究主题，以推进非石油基喷气燃料研发，解决存在的科学技术挑战，支持其在民用和军用航空领域的广泛部署^[1]。这四项研究主题包括：

一、生物质原料开发、生产和运输

该主题总体目标是优化区域供应链系统，以降低成本、减少技术不确定性和风险、增加产量和优化替代喷气燃料的前端过程，子主题的短中长期研究内容如下：

1、原料开发：提高作物产量、水和养分利用效率以及抗病虫害能力，改进原料转化特性

短期（<5年）：建立现有区域原料的就绪度基准，识别新的生物质原料来源，在数量、质量和成本上能满足现有或新兴转化平台的需求；识别地区性候选原料及分类特征，认识存在的研究差距；建立原料改良计划/伙伴关系加速作物改良；利用现有原料改良项目和遗传/基因组信息；评估/表征农林业残余物；开发风险管理工具，如作物保险来促进专用能源作物生产。

中期（5-10年）：识别新特性/基因以及开发基因组和标记辅助的选择能力；扩大下一代改良原料和大规模场地部署的评价研究；通过监管流程实现转基因作物的科学研究；评估和改善区域和季节多样性的第三代作物；开发高效的非传统作物，如藻类、微生物资源；利用合成生物学系统，以非饮用水或多余的CO/CO₂为原料，能够处理各种工业和市政废物作为能源来源。

长期（>10年）：扩大改良的下一代原料部署和大规模场地应用评价研究；扩大无环境释放的转基因作物部署和大型场地应用评价研究；评估和改善区域和季节多样性的第四代作物。

2、原料生产：用最少的投入开发可持续原料生产系统，该系统对环境压力要有较高的承受能力，能减少不良环境影响的风险

短期（<5年）：识别、评估和利用现有的区域研发成果来了解差距/需求；利用或建立区域研发伙伴关系，包括当地社区、大学、产业界、政府和非政府组织；设置和利用亚商业规模的试验场所开展现有的基因型/残余物研发；培训区域扩展/技术转让专家，与生产者、加工商和社区合作；通过供应链确定区域劳动力需求。

中期（5-10年）：评估地区原料生产研发，以确定最佳实践和最好的地区原料/生产系统/转化平台配对；评估作物收割/管理系统的经济、环境和社会可持续性标准及指标；培训更多的区域扩展/技术转让专家，与生产者、加工商和社区合作；评估/修正劳动力发展需求和培训；评估政策和经济动机，促进可持续、专用生物质原料高效生产。

长期（>10年）：评估地区原料生产研发，推荐长期的最佳实践和最好的地区原料/生产系统/转化平台配对；评估作物收割/管理系统的经济、环境和社会可持续性长期标准及指标分析；培养更多的区域扩展/技术转让专家，与生产者、加工商和社区合作。

3、原料运输

（1）改善生物质收割、采集、储存、致密化和预处理以及运输到转化设施过程

短期（<5年）：识别、评估和利用现有的区域研发成果来了解差距/需求；研究区域物流的场景变化对现有原料/残余物的质量和生物基产品/副产品选择的影响；识别降低成本的目标，减少原料损失，并提高区域物流链每一环节的质量；建立/利用区域替代喷气燃料转化平台的反馈回路。

中期（5-10年）：优化现有和新兴原料/残余物的区域物流链和转化技术；理解原料质量对选择生物基产品/副产品物流链的影响。

长期（>10年）：根据需要审查和优化现有和新兴作物/残余物的区域物流链和转化技术；优化原料质量对选择生物基产品/副产品物流链的影响。

（2）改善市政固体废物采集、储存、致密化和预处理以及运输到转化设施过程

短期（<5年）：识别、评估和利用现有的区域研发成果来了解差距/需求；研究区域物流的场景变化对现有垃圾原料质量的影响；识别降低成本的目标，减少原料损失，提高区域物流链每一环节质量。

中期（5-10年）：优化垃圾区域物流链与现有/新兴转化技术；理解物流链原料质量对副产品选择的影响。

长期（> 10年）：根据需要评估和优化垃圾区域物流链与现有/新兴转化技术；优化物流链原料质量对副产品选择的影响。

二、生物质转化工艺与规模化

该主题总体目标是在提高转化效率和燃料生产量的同时，降低生物化学、热化学和混合转化工艺的生产成本，子主题的短中长期节点目标如下：

1、开发、强化和扩大新型转化工艺，能够提高产量、效率和减少能源需求，提高替代喷气燃料成本竞争力

短期（<5年）：通过延长催化剂寿命、有效除氧以及生产易于转换为喷气燃料的前体来改善转化工艺收益；开发新的有效预处理技术以提高生物质转化能力，包括现有石油精炼厂的联合处理技术；开发和示范商业规模一体化燃料转化设施，将喷气燃料作为产品组成的一部分。

中期（5-10年）：开发能够减少转化工艺步骤的新方法，如统一生物处理技术。

长期（>10年）：研究经济可行和可持续工艺过程，能够使用多种原料生产喷气燃料，并以试点/示范规模运营。

2、开发以分布式方式利用多种原料生产喷气燃料的转化技术

短期（<5年）：确定试点和示范规模联合培育生物量、废弃物和其他原料转化工艺的可行性。

中期（5-10年）：使用其它无用资源（如空燃或浪费的天然气、生物质等）生产喷气燃料。

长期（>10年）：开发并示范基于生物、化学、催化原理的转化技术，能够以分布式规模有效运行。

三、燃料性能测试与评估

该主题总体目标是核准更多的民用和军用替代喷气燃料，需要通过认证和资格评审过程，以及收集和分析包括燃烧排放在内的数据对燃料-发动机性能和安全性进行有效评价，提高对替代喷气燃料组分影响航空发动机燃烧排放和可操作性的科学认知，子主题的短中长期节点目标如下：

1、通过认证和资格评审过程，以及收集和分析包括燃烧排放在内的数据对燃料-发动机性能和安全性进行有效评价

短期（<5年）：支持ASTM D4054²⁰标准所需的测试，满足军用规格，包括完成可行的替代喷气燃料路线评估所需的燃料特性测试、组件/平台测试和飞机发动机测试等；建立一个协调过程来追踪和监测符合ASTM标准的喷气燃料在军事部队的应用进展，进行数据检查和测试活动，建立时间表和优先项目利用工具，如燃料就绪度；探索批准混合比例替代喷气燃料的新方法；表征传统航空燃油供应，以更好地理解喷气燃料性能基准和变化；推进燃料成分和燃烧性能建模、实验和分析；开发改进的更快速、高效、低成本燃料评价的资格认证测试方法以支持认证。

中期（5-10年）：整合燃料成分和燃烧建模及测试替代喷气燃料审批流程，以支持包括混合燃料在内的审批。

长期（>10年）：开发可以集成到替代燃料生产和分销基础设施的高速、高效、合理的测试方法，允许替代喷气燃料特性的实时成分验证，来减少或消除相关进程资格的必要性。

2、提高对替代喷气燃料组分影响航空发动机燃烧排放和可操作性的科学认知

短期（<5年）：建立替代喷气燃料发动机可操作性测试和燃烧排放数据分析的国家数据库；支持替代喷气燃料涡轮发动机燃烧排放测量和分析；检查喷气燃料成分变化尺度的依赖性和燃烧排放的类型。

中期（5-10年）：扩大新的替代喷气燃料-涡轮发动机燃烧排放测试和分析；扩大新的替代喷气燃料的燃烧排放测量和分析的国家数据库；开发喷气燃料燃烧和燃烧排放相关的参数关系。

长期（>10年）：开发预测喷气发动机燃烧排放的燃料组成函数的建模能力；采用燃料组分特征改进燃烧室可操作性，使燃烧室的设计能够适应更广泛的燃料性质。

四、系统集成挑战

该主题总体目标是采用跨学科、多因素方法，开发和验证一个综合的系统模型来支持可行的替代喷气燃料部署，了解燃料生产和使用过程环境可持续性，推广科技研发最佳实践，子主题的短中长期节点目标如下：

1、认识和提高替代喷气燃料生产和使用的环境可持续性

短期（<5年）：推进对替代喷气燃料在所有层面生产和使用的环境影响的科学认识，包括生命周期排放的气候和环境变化影响；在区域和国家层面评估替代喷气燃料生产和使用的自然资源要求；编辑、评估及传播定义、协议、数据和工具以支持环境可持续性分析。

中期（5-10年）：通过定量的可持续性分析开发国际公认的替代喷气燃料环境可持续性评估方法；开发最佳实践方法，以收集和分析符合每个阶段燃料和原料就绪度的替代喷气燃料生命周期库存数据。

长期（>10年）：针对供应链的所有阶段和所有替代喷气燃料，开发改进的工具以及环境可持续性评估适用方法。

2、开发和验证一种综合的系统模型来支持可行的替代喷气燃料部署

短期（<5年）：识别和量化多因素及相互作用，开发一个系统模型，用于创建替代喷气燃料部署的区域和国家场景，来反映标准环境、经济和社会可持续性；推进替代喷气燃料技术经济性和区域发展路径分析；评价替代喷气燃料生产在社会可持续性方面的影响。

中期（5-10年）：为系统模型组件开发分析功能；开发一个经济、环境和社会综合模型来评估替代喷气燃料生产以及内部和跨区域使用的集成框架；为区域替代喷气燃料生产创建并验证一个系统模型，以支持“即插即用”（plug-and-play）工程决策。

长期（>10年）：开发一个综合的系统模型，以检验替代喷气燃料生产和使用的场景，并确定可持续性的改进潜力，这一模型能够使用即插即用工程算法。

3、促进国内企业交流，推广科技研发最佳实践

短期（<5年）：通过扩散联邦政府资助替代喷气燃料研发活动的产出，促进科技信息的传播；确定新的科学研究领域。

中期（5-10年）：实施元分析方法来评估知识现状和识别未来研究挑战。

NSTC指出，有效实施替代喷气燃料研发战略需要协调好联邦政府部门内部以及与学术界、产业界之间的合作关系，并开展国际合作以实现研发目标：

在联邦政府部门的协调方面，将建立正式和非正式的跨部门协调机制以及加强公私合作计划的协调工作。

在公私合作方面，联邦机构应继续与其他利益相关方合作开展研发活动，建立利益相关方联盟、公私部门计划、费用分摊协议和开发示范项目等机制。

在国际协调方面，联邦机构应该在3个主要领域推动相关工作：一是在多边和双边协议下进行科技研发引导，促进相互分担风险，减少重复工作，并从最佳实践中受益；二是协调定义可持续性标准以确保生物燃料实现温室气体减排目标，而不影响粮食安全和生物多样性；三是制定政策和开发替代喷气燃料全球市场，并积极参与联合国国际民用航空组织航空环境保护委员会的相关活动。                  

（吴勘 陈伟）