基于三方演化博弈的可持续航空燃料（SAF）产业化阶段策略研究：政策阈值与市场机制协同路径

《Frontiers in Environmental Science》：Study on phased strategies for sustainable aviation fuel (SAF) industrialization based on a tripartite evolutionary game

本文针对可持续航空燃料（SAF）产业化进程中“高碳锁定”困境，通过构建政府、航空公司与燃料生产商的三方演化博弈模型，系统分析了不同阶段（初始期、发展期、成熟期）的策略互动与均衡条件。研究首次提出“阶段-主体-工具”三维匹配的动态机制，量化了政策组合的关键阈值（如补贴≥66.7%、碳税强度≥1.6倍、利润分享≥15%），揭示了SAF从“政策依赖”向“市场自主”转型的路径。成果为各国制定精准的SAF产业化政策提供了可直接嵌入决策系统的理论依据与实践指南。

　　

1 引言

航空运输业碳排放占全球总量2%–3%，但其单位能耗高且集中排放于高空，对环境的影响尤为显著。为实现2050年民航碳中性目标，可持续航空燃料（SAF）被国际航空运输协会（IATA）认定为减排核心手段，需贡献65%的减排量。然而，全球SAF产业面临“成本高昂、供应不足、政策协调缺失”的三重困境，2023年SAF产能仅占航空燃料总需求的0.1%，生产成本为传统航空燃料的3.1倍，原料供应缺口高达85%。中国作为民航大国，SAF产业仍处于起步阶段，2023年产能不足全球10%，90%依赖进口，凸显出全链产业化能力不足的严峻挑战。

1.1 SAF产业化发展困境

SAF产业化存在“政策目标与实践能力”的尖锐矛盾。初始阶段面临3–5倍成本溢价，发展阶段出现“航司不愿采购、生产商不愿扩产”的供需错配，成熟阶段则缺乏碳配额与SAF减排效益的联动机制。现有政策多停留在“统一掺混比例与普适补贴”层面，未能针对阶段核心痛点设计动态工具，亟需构建“分阶段、差异化、动态调整”的政策框架。

1.2 SAF产业化政策协调

学术界从技术经济视角提出碳税门槛、研发补贴等方案，但多聚焦单工具静态分析，缺乏对“政府-航司-生产商”三方策略互动与反馈机制的系统刻画。例如，Sch?fer等指出需200美元/吨CO₂的碳税才能激励航司大规模采用SAF；He等对比发现研发补贴可提升制造商减排投资30%。然而，这些研究未能将产业生命周期特性内化为可转移的均衡条件，导致政策与实践脱节。

1.3 SAF产业化多主体博弈

演化博弈理论因其处理有限理性下策略互动的优势，被广泛应用于航空减排研究。Guo等发现政府补贴对生产商更敏感，而碳税对供应商更有效；Zhang等证明碳交易与补贴组合可更有效引导系统趋向低碳均衡。但既有研究多聚焦宏观碳市场机制，未将SAF作为独立决策变量建模，缺乏对其产业化困境的针对性分析。

2 演化博弈模型构建

2.1 模型逻辑关系

政府通过碳税与补贴驱动生产商绿色转型，生产商与航司通过长期供应协议与利润分享建立经济闭环，航司与政府通过碳市场机制形成减排联动，三者构成“政策-市场-企业”协同的闭环系统。

2.2 基本假设

模型假设三方为有限理性主体，策略选择概率随阶段动态调整：航司选择“积极响应”（SAF采购）的比例为x，政府选择“监管”的比例为y，生产商选择“积极生产”的比例为z。参数设置基于IEA报告、中国民航局政策文件等真实数据，确保理论一致性。

2.3 三方演化博弈模型建立

通过“2×2×2”策略组合形成8种情景，其中（监管，积极响应，积极生产）为发展阶段的理想组合，（非监管，积极响应，积极生产）为成熟阶段的市场化目标。

3 模型均衡分析与阶段映射

3.1 复制动态方程

通过构建三方复制动态方程，描述主体策略调整的演化路径。例如，航司策略演化取决于政府补贴（S_a）、碳配额收益（R_q）与SAF采购成本（C₅）的权衡。

3.2 雅可比矩阵与稳定性

通过雅可比矩阵特征值分析均衡点稳定性，发现初始阶段系统收敛于“高碳锁定”均衡（D3），发展阶段需满足特定阈值才能跃迁至低碳均衡（D8）。

3.3 关键阈值推导

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  投资成本覆盖率33.3%：航司对生产商研发成本的分担比例需≥33.3%，否则生产商主动生产SAF的净收益为负。
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  利润分享率15%：航司从SAF销售利润中获取的比例需≥15%，以补偿其采购溢价。
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  碳税强度1.6倍：对传统航空燃料的碳税需较基准提升60%以上，以强化减排激励。
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  碳配额价格阈值0.75：成熟阶段碳配额售价需至少为购买成本的0.75倍，方可支撑市场化运作。

4 产业化阶段的数值模拟

4.1 参数设置依据

参数赋值参考IEA 2023年报告、中国“十四五”绿色民航规划等，确保与实际产业数据吻合。

4.2 阶段动态演化

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  初始阶段：系统锁定于“航司消极响应-政府监管-生产商消极生产”均衡，需“补贴覆盖66.7%采购溢价+高碳税”组合强制突破。
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  发展阶段：航司通过“长期采购协议+股权投资”锁定需求，生产商依托规模效应降低成本，系统收敛于全主体积极参与状态。
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  成熟阶段：碳市场收益取代补贴成为核心驱动力，政府监管退出，系统实现市场化自循环。

5 关键因素敏感性分析

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  初始阶段：补贴与碳税强度低于阈值时，系统无法脱离高碳锁定。
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  发展阶段：航司投资覆盖率＜33.3%或利润分享＜15%时，供需协同机制失效。
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  成熟阶段：碳配额价格低于0.75倍时，市场驱动能力不足，需政策回补。

6 结论与政策建议

SAF产业化需遵循“阶段适配”原则：初始阶段依赖高强度政策组合打破僵局；发展阶段通过供应链协同破解供需矛盾；成熟阶段依托碳市场实现自主运行。建议中国当前采用“补贴渐进退出+强制采购协议”过渡策略，并完善碳市场设计，将SAF减排效益纳入交易体系。本研究为全球SAF产业化提供了可量化的政策工具箱，助力民航业绿色转型。