Что такое экологичное авиационное топливо?

В связи с глобальным ростом авиаперевозок авиационная отрасль инвестирует в альтернативы ископаемому топливу для реактивных двигателей, чтобы сократить выбросы от полетов. Одной из инноваций является устойчивое авиационное топливо, представляющее собой топливо для реактивных двигателей, созданное из отходов и другого устойчивого сырья, которое может сократить выбросы на 80%. Разработка альтернативных видов авиационного топлива может стать ключом к устойчивым авиаперевозкам, внося огромный вклад в стратегию отрасли по сокращению выбросов. Вот как.

Использование SAF обеспечивает значительное сокращение общих выбросов CO2 в течение жизненного цикла по сравнению с ископаемым топливом — в некоторых случаях более 80% — даже с учетом выбросов, возникающих при производстве SAF.

Сегодня самолеты работают на жидком авиационном топливе, в основном из ископаемого топлива. Тем не менее, были разработаны новые виды топлива, которые могут значительно сократить чистые выбросы CO2 в авиации. Хотя предложение в настоящее время ограничено (0,01% мирового потребления реактивного топлива), устойчивое авиационное топливо (SAF), часто известное как «биотопливо нового поколения» или «усовершенствованное биотопливо», уже используется сегодня и готово к росту.

• SAF можно смешивать с традиционным керосином, и они уже используются на многих коммерческих рейсах. С тех пор, как SAF были сертифицированы для коммерческой авиации в 2011 году, более 225 000 коммерческих рейсов были выполнены с использованием SAF, и шесть миллиардов литров SAF находятся в текущих соглашениях о форвардных покупках с авиакомпаниями.
• CO2, поглощаемый растениями во время роста биомассы, примерно эквивалентен количеству углекислого газа, образующегося при сжигании топлива в двигателе внутреннего сгорания и возврате его в атмосферу. Когда он производится из отходов, он снижает количество CO2 или метана, попадающих в атмосферу, и перерабатывает этот ценный ресурс.
• В настоящее время SAF дороже, чем традиционное реактивное топливо. Оценки варьируются от 2x для некоторых источников на основе отходов до 6-10x для синтетического топлива с использованием улавливания углерода. В основном это связано с небольшими тиражами продукции. Тем не менее, строятся или планируются дополнительные производственные мощности, и ряд ведущих авиакомпаний подписывают важные соглашения о форвардных закупках, которые помогают обеспечить надежность поставок новым поставщикам энергии, позволяя им финансировать новые электростанции. Это поможет снизить стоимость SAF в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

Являются ли авиационное биотопливо и экологичное авиационное топливо одним и тем же?

SAF отличаются от стандартного биотоплива. «Биотопливо» обычно относится к топливу, произведенному из биологических ресурсов (материала растительного или животного происхождения), и его производство не всегда является устойчивым. Например, некоторые виды биотоплива, если они производятся из неустойчивого сырья, такого как пальмовое масло, произведенное неустойчивым образом, или сельскохозяйственные культуры, требующие вырубки лесов, могут нанести дополнительный ущерб окружающей среде.

Авиационная промышленность имеет четкое представление об использовании SAF и будет использовать только топливо, изготовленное из сырья, которое можно выращивать или производить без риска непредвиденных экологических и социальных последствий, таких как конкуренция с производством продуктов питания или вырубка лесов.

Авиационная отрасль работает вместе через такие группы, как Группа устойчивых пользователей авиационного топлива (SAFUG) и схемы сертификации устойчивости, такие как Круглый стол по устойчивым биоматериалам (RSB), чтобы убедиться, что любое топливо, используемое в отрасли, действительно является устойчивым.

Из чего изготавливают экологичное авиационное топливо?

СНФ производятся с использованием различного сырья и отходов.

Твердые бытовые отходы: отходы, поступающие от домашних хозяйств и предприятий. Сюда входят упаковка продуктов, скошенная трава, мебель, одежда, бутылки, пищевые отходы и газеты.Вместо того, чтобы просто сбрасывать муниципальные отходы на свалку, где они будут постепенно выделять CO2 и другие газы, их можно использовать для производства реактивного топлива.

Целлюлозные отходы: избыточная древесина, сельскохозяйственные и лесохозяйственные отходы. Эти остатки могут быть переработаны в синтетическое топливо.

Используемое кулинарное масло: обычно это происходит из растительного или животного жира, который использовался для приготовления пищи и больше не пригоден для использования.

Камелина: энергетическая культура с высоким содержанием липидного масла. Основным рынком сбыта рыжикового масла является сырье для производства возобновляемого топлива. Рыжик часто выращивают как быстрорастущую севооборотную культуру с пшеницей и другими зерновыми культурами в течение одного года, когда в противном случае земля оставалась бы под паром в рамках обычной программы севооборота.

Ятрофа: растение, производящее семена, содержащие несъедобное липидное масло, которое можно использовать для производства топлива. Каждое семя производит от 30 до 40% своей массы в масле. Ятрофу можно выращивать в различных сложных почвенных условиях, включая засушливые и непахотные районы, оставляя лучшие земли для продовольственных культур.

Галофиты: солончаковые травы и другие виды, обитающие в солончаках, которые могут расти либо в соленой воде, либо в районах, затронутых морскими брызгами, где растения обычно не могут расти.

Водоросли: эти микроскопические растения можно выращивать в загрязненной или соленой воде, пустынях и других негостеприимных местах. Они процветают за счет углекислого газа, что делает их идеальными для связывания углерода (поглощения CO2) из ​​таких источников, как электростанции. На сегодняшний день мы не видели, чтобы водоросли выполняли свои ранние обещания из-за проблем, связанных с коммерциализацией. Однако продолжение НИОКР может привести к более широкому применению в будущем.

Небиологические альтернативные виды топлива: к ним относятся «электроэнергия-жидкость», которая обычно включает создание реактивного топлива с помощью процесса, включающего электроэнергию, воду и CO2.Это топливо может быть устойчивым, если исходные материалы восстанавливаются как побочные продукты уже имеющегося производства и/или если при его производстве используется возобновляемая электроэнергия. Например, использование отработанных газов, образующихся в качестве побочного продукта при производстве стали, для производства экологичного авиационного топлива имеет большие перспективы. Хотя варианты прямого преобразования энергии в жидкость основаны на технически проверенных шагах, этот процесс в настоящее время является дорогостоящим и требует дальнейшего развития.

Другие, более продвинутые технологии находятся на ранних стадиях разработки, например, солнечное топливо для реактивных двигателей (или преобразование солнца в жидкость), в котором используется высококонцентрированный солнечный свет для разрушения молекул воды и CO2.

Как работает экологичное авиационное топливо?

Химические и физические характеристики устойчивого авиационного топлива почти идентичны характеристикам обычного реактивного топлива, а это означает, что их можно безопасно смешивать друг с другом. По этой причине SAF известны как «встраиваемые виды топлива», поскольку их можно использовать без каких-либо технических модификаций существующих самолетов, двигателей или топливных систем аэропорта.

В настоящее время СНЖ необходимо смешивать с обычным реактивным топливом (до 50%). Это связано с тем, что некоторые менее экологически благоприятные компоненты обычного реактивного топлива, такие как сера, позволяют набухать уплотнениям в двигателях и предотвращают утечки топлива. У более новых двигателей этой проблемы нет, и SAF прошли 100-процентные испытания на некоторых новых самолетах.

Чтобы обеспечить соответствие техническим требованиям и требованиям безопасности, SAF должны пройти строгие лабораторные, наземные и летные испытания в соответствии с международно признанным стандартом. Тесты рассматривают удельный расход топлива при нескольких режимах мощности от холостого хода до взлетной скорости, который затем сравнивают с характеристиками при использовании обычного реактивного топлива.

Также проводятся испытания для измерения времени, необходимого для запуска двигателя, того, насколько хорошо топливо остается воспламененным в двигателе и как топливо ведет себя при ускорении и торможении.Также проводятся испытания, чтобы убедиться, что топливо не оказывает негативного воздействия на материалы, используемые при создании самолетов и компонентов. Наконец, тест на выбросы определяет выбросы выхлопных газов и уровни дыма для SAF.

Как производится экологичное авиационное топливо?

В настоящее время существует пять одобренных на международном уровне процессов, с помощью которых можно производить SAF. Каждый из этих путей имеет свои преимущества, такие как доступность сырья, стоимость сырья, сокращение выбросов углерода или стоимость переработки. Некоторые из них могут быть более подходящими, чем другие, в определенных регионах мира. Но все они могут помочь авиационному сектору значительно сократить свой углеродный след, при условии соблюдения всех критериев устойчивости.

Синтетический парафиновый керосин Фишера-Тропша с ароматическими соединениями (FT-SPK/A) – изготовлены из возобновляемой биомассы, такой как твердые бытовые отходы, сельскохозяйственные отходы и отходы лесного хозяйства, древесина и энергетические культуры. Предел смешивания составляет до 50%.

Гидрообработанные сложные эфиры и жирные кислоты (HEFA-SPK) – изготовлены из маслосодержащей биомассы, такой как водоросли, ятрофа и рыжик. Предел смешивания также до 50%.

Гидрообработка ферментированных сахаров в синтетические изопарафины (HFS-SIP) – производится путем микробного превращения сахаров в углеводороды. Предел смешивания составляет до 10%.

ФТ-СПК с ароматикой (ФТ-СПК/А) – изготовлены из возобновляемой биомассы, такой как твердые бытовые отходы, сельскохозяйственные отходы и отходы лесного хозяйства, древесина и энергетические культуры. Предел смешивания составляет 50%.

Синтетический парафиновый керосин для перегонки спиртом (ATJ-SPK) [изобутанол, соответственно этанол] – изготовлены из сельскохозяйственных отходов, таких как солома, травы, лесная стружка, солома урожая. Предел смешивания составляет 30% для изобутанола и 50% для этанола.

Каталитический гидротермолиз синтетического реактивного топлива (CHJ) – изготовлены из сырья на основе триглицеридов, такого как растительные масла, отработанные масла, масла из водорослей, соевое масло, масло ятрофы, рыжиковое масло, масло каринаты и тунговое масло. Предел смешивания составляет 50%.

Может ли устойчивое авиационное топливо сделать полеты углеродно-нейтральными?

По сравнению с ископаемым топливом SAF приводят к сокращению выбросов CO2 на протяжении всего жизненного цикла. CO2, поглощаемый растениями во время роста биомассы, примерно эквивалентен количеству углекислого газа, образующегося при сжигании топлива в двигателе внутреннего сгорания, который просто возвращается в атмосферу, что означает, что SAF можно классифицировать как углеродно-нейтральные в течение их жизненного цикла.

Но это не учитывает выбросы, производимые при производстве SAF, например, оборудование, необходимое для выращивания сельскохозяйственных культур, транспортировки сырья, очистки топлива и так далее. Он также не принимает во внимание SAF, изготовленные из небиологических источников, таких как муниципальные отходы. Тем не менее, даже если учесть выбросы, возникающие при производстве SAF, использование SAF по-прежнему обеспечивает значительное сокращение общих выбросов CO2 в течение жизненного цикла по сравнению с ископаемым топливом — в некоторых случаях более 80%. Некоторые источники топлива могут обеспечить сокращение выбросов более чем на 100 %, если учесть секвестрацию углерода и других вредных газов. В будущем мы, возможно, сможем полагаться на SAF как на движущую силу углеродно-нейтрального воздушного транспорта.

Могут ли современные пассажирские самолеты работать на экологичном авиационном топливе?

Сегодня коммерческие самолеты уже ежедневно работают на SAF. Если SAF смешиваются с обычным реактивным топливом, их можно добавлять к существующим самолетам без необходимости адаптации к самолету, двигателю или сети распределения топлива. С момента сертификации SAF в 2011 году более 225 000 коммерческих рейсов были выполнены с использованием SAF, и шесть миллиардов литров SAF находятся в текущих соглашениях о форвардных закупках авиакомпаний.

Почему вся авиационная отрасль еще не использует устойчивое авиационное топливо?

Многие авиакомпании продемонстрировали реальное лидерство в продвижении производства и развертывания SAF и с самого начала участвовали в его разработке.

Ряд авиакомпаний продвигают использование SAF, подписывая многомиллионные соглашения о форвардных закупках. Другие вложили средства в начальную поддержку развертывания SAF, а некоторые продвигали SAF посредством испытательных полетов, исследований и изучения местных возможностей. Пять аэропортов также имеют регулярные поставки SAF: Сан-Франциско, Лос-Анджелес, Осло, Берген и Стокгольм.

Однако масштабирование использования SAF на мировом рынке является сложной задачей и требует значительных инвестиций. Промышленность призвала правительства помочь потенциальным поставщикам SAF в разработке необходимого сырья и систем переработки — по крайней мере, до тех пор, пока зарождающаяся отрасль не достигнет необходимой критической массы, а цены не снизятся благодаря экономии за счет масштаба.

Признание преимуществ использования SAF для сокращения глобальных выбросов углерода означает, что эти дополнительные расходы могут быть разделены между обществом (экономическая поддержка, поддерживаемая казначейством) и пассажирами авиакомпаний (взимаются в цене билета).

Правительства также могут поддержать авиационную отрасль, приняв законодательство по охране окружающей среды и качеству топлива, чтобы способствовать развитию рынков SAF. Варианты политики включают в себя:

• Политика снижения коммерческих рисков
• Обеспечение того, чтобы авиация имела доступ к той же политике альтернативного топлива, что и другие виды транспорта.
• Приоритет авиации как пользователя жидких альтернативных видов топлива (поскольку у других видов транспорта есть лучшие варианты), возможно, с использованием множителей для кредитов.
• Поддержка исследований и технологий для новых производственных процессов и сырья
• Предоставление доступа к более рентабельному долгу, долговым гарантиям и капитальным субсидиям для строительства производственных объектов
• Сопровождение процесса одобрения технического топлива в ASTM
• Переключение экономической поддержки с ископаемого топлива на возобновляемое и устойчивое авиационное топливо.
• Обеспечение того, чтобы любая государственная поддержка зависела от соблюдения глобальных стандартов устойчивого развития.