Биотопливо в авиации

Авиация является одним из самых динамично развивающихся транспортных секторов, и эта тенденция сохранится. Крупнейшими и быстрорастущими рынками пассажирских авиаперевозок являются США, Китай и Индия. В 2019 году общее количество пассажиров, путешествующих воздушным транспортом в ЕС, составило 1 034 млн человек. Ожидается увеличение объема перевозок примерно на 3% в год. Однако из-за пандемии Covid-19, которая привела к резкому сокращению пассажирских рейсов в 2020 году, будущее развитие менее предсказуемо.

Топливо для коммерческой авиации (CAF)

Коммерческое авиационное топливо представляет собой углеводород, получаемый почти исключительно из керосиновой фракции сырой нефти. В коммерческой авиации используются два вида топлива: Jet-A и Jet A-1. Спецификации топлива для авиационного топлива очень строгие.

По данным Fuels Europe, спрос на CAF в ЕС в 2018 году составил 62,8 млн т. Весь этот CAF имеет ископаемое происхождение, по данным Bioenergy Europe.

Устойчивое авиационное топливо (SAF)

Для авиации современное жидкое биотопливо является единственным вариантом с низким уровнем выбросов CO.₂ вариант замены керосина, так как требуется высокая удельная энергоемкость. Газообразное биотопливо и электрификация создают проблемы для авиаперевозок, особенно для рейсов на дальние расстояния. Усовершенствованное биотопливо для авиации должно использовать устойчиво производимое сырье для производства топлива, которое можно рассматривать как замену коммерческому авиационному топливу, не потребляя при этом ценных пищевых, земельных и водных ресурсов.

Во всем мире ряд авиакомпаний подписали соглашения о поставках биотоплива, пятнадцать аэропортов регулярно поставляют авиационное биотопливо, и более 250 000 коммерческих рейсов летали на смесях SAF. По данным Евростата, в ЕС годовая производственная мощность чистого СНЖ с 2015 по 2017 год составляла 1000 тонн и увеличилась до 7000 тонн в 2018 году. Примерами европейских авиакомпаний, имеющих долгосрочные контракты с SAF, являются Lufthansa и KLM.

Пути производства SAF

Во всем мире исследовательскими организациями, авиакомпаниями, производителями топлива и производителями самолетов в настоящее время разрабатываются различные устойчивые виды сырья и технологии переработки для производства биотоплива для авиации. В краткосрочной перспективе HEFA представляется наиболее многообещающей альтернативой для поставок значительного количества биотоплива для авиации. В среднесрочной перспективе наиболее перспективной альтернативой является FT-топливо. Тестирование биотоплива имеет решающее значение для определения его пригодности для использования в авиации. В процессе тестирования, целью которого является поддержание высочайших стандартов безопасности, биотопливо должно пройти десятки экспериментов в лаборатории, на земле и в воздухе.

Биотопливо, сертифицированное ASTM, не представляет собой никаких технических проблем или проблем с безопасностью полетов. В настоящее время стандартом одобрены следующие пути производства биотоплива:

• Спирт в реактивный синтетический парафиновый керосин (ATJ-SPK, смесь до 30%): это биотопливо создается из изобутанола, полученного из сырья, такого как сахар, кукуруза или древесина. Спирт обезвоживают до олефинового газа, олигомеризуют, гидрируют и фракционируют.
• Синтезированные изопарафины (SIP, смесь до 10%). Это биотопливо основано на сахарах, которые превращаются в чистую молекулу парафина с помощью передовой ферментации.
• Гидрообработанные сложные эфиры и жирные кислоты. Синтетический парафиновый керосин (HEFA-SPK, смесь до 50%). Это биотопливо производится из растительных масел и животных жиров, дезоксигенированных и подвергнутых гидрообработке.
• Синтетический парафиновый керосин Фишера-Тропша (FT-SPK, смесь до 50%). Это биотопливо основано на газификации биомассы с последующим синтезом Фишера-Тропша.
• Синтетический керосин Фишера-Тропша с ароматическими соединениями (FT-SPK с ароматическими соединениями): некоторые алкилированные бензолы ненефтяного происхождения добавляются в FT-SPK.
• HC-HEFA-SPK – липиды из водорослей Botryococcus braunii, смесь до 10%
• Топливо для реактивных двигателей с каталитическим гидротермолизом (CHJ) с использованием триглицеридов, таких как масло соевых бобов, ятрофы, рыжика или карината, до 50% смеси
• Совместная обработка липидов, до 5% смеси
• Бионефть синтеза Фишера-Тропша в качестве сырья для совместной переработки на нефтеперерабатывающих заводах, до 5% смеси

Несколько дополнительных путей в настоящее время находятся на рассмотрении ASTM. Примеры: синтетический керосин/синтетический ароматический керосин (Shell, Virent), HEFA с улучшенной текучестью на холоде – HEFA+ (Boeing) и пиролиз из лигноцеллюлозного сырья.

Будущие перспективы использования биотоплива на воздушном транспорте

Около 2% выбросов CO приходится на авиацию.₂ выбросы, вызванные людьми, и около 12% CO₂ выбросов в транспортном секторе. С 2012 года рейсы, въезжающие в ЕС, обязаны платить за CO.₂ выбросы из-за Системы торговли выбросами ЕС (ETS). В настоящее время обсуждается экологичное авиационное топливо как важный способ сокращения выбросов парниковых газов в авиации. Авиационный сектор добровольно взял на себя обязательства по выбросам CO.₂— нейтральный рост с 2020 года и далее, и наряду с мерами по повышению эффективности экологичное авиационное топливо является ключевым строительным блоком.

Расчетное текущее производство устойчивого авиационного топлива составляет около 0,05% от текущего потребления авиационного топлива. Некоторыми первыми производителями устойчивого авиационного топлива во всем мире являются, например. World Energy в Paramount, США, Neste в Порвоо, Финляндия, Gevo в Силсби, США, Total в Ла Меде, Франция и Fulcrum в Сьерре, США. Наибольшую долю составляет ГЭФА-СПК на основе жиров и масел. На 2022 год заявлен ввод в эксплуатацию дополнительных заводов, что позволит увеличить производственные мощности в десять раз.

Отчет Waypoint 2050, опубликованный Группой действий по воздушному транспорту (ATAG) в 2021 году, включает три сценария. На приведенном ниже рисунке показана соответствующая доля технологических улучшений, повышения эффективности и использования SAF в сокращении выбросов ПГ с акцентом на технологические усовершенствования (сценарий 1).

Правовая и политическая основа для устойчивого авиационного топлива

До сих пор авиационный сектор не обязан использовать SAF, и сами по себе цели ЕС по выбросам приводят лишь к незначительному увеличению производства SAF. 14 июля 2021 года Европейская комиссия опубликовала предложение о директиве в рамках пакета «соответствие возрасту 55 лет», которое предусматривает обязательные требования. Согласно этому предложению, поставщики авиационного топлива во всех странах-членах ЕС должны обеспечить 2% SAF в 2025 году. Обязательная доля будет увеличиваться с шагом в 5 лет до 63% SAF в 2050 году. Детали директивы все еще обсуждаются Комиссией. , Совета и Парламента.

На уровне ЕС существует политика производства и использования биотоплива в авиационном секторе, и было создано несколько инициатив:

• Международная организация гражданской авиации (ИКАО) разработала схему компенсации и сокращения выбросов углерода для международной авиации (CORSIA). ИКАО поставила амбициозную цель сократить выбросы парниковых газов на 50 % к 2050 году (по сравнению с 2005 годом). CORSIA стремится к тому, чтобы каждая авиакомпания компенсировала свои выбросы сверх базового уровня. Первый пилотный этап начался в 2021 г. и планируется до 2023 г., за ним следует добровольный этап с 2024 по 2016 год и, наконец, обязательный этап с 2027 по 2035 год. Эта схема направлена ​​​​на компенсацию 80% роста воздушного движения после 2020 года.
• Координация RED II и CORSIA будет иметь решающее значение для авиационного сектора. Ключевыми компонентами обеих политик являются минимальные критерии устойчивости, а также то, как они обеспечиваются и сертифицируются. Некоторые государства-члены уже объявили о мандатах СВС.Произведенные объемы SAF должны быть зарегистрированы, они должны учитываться как в RED II, так и в CORSIA. СО₂ Расчет экономии требует особого внимания, поскольку существуют различия в национальном учете выбросов. Необходимо обеспечить, чтобы перенос этих двух схем в законодательство стран-членов учитывал это во избежание конфликтов при подсчете углерода. Однако требования по сокращению выбросов ПГ совершенно другие (10% для CORSIA, 65% для RED II).
• Группа высокого уровня по авиационным исследованиям ставит перед собой амбициозные цели, включая снижение выбросов CO на 75 %₂ выбросы и снижение выбросов NO на 90 %._Икс выбросы на пассажиро-километр в 2050 году. В том же документе также утверждается, что Европа должна стать центром передового опыта в области устойчивых альтернативных видов топлива на основе сильной европейской энергетической политики.
• Международная ассоциация воздушного транспорта стремится достичь углеродно-нейтрального роста, начиная с 2020 года, и 50% общего объема выбросов CO.₂ сокращение выбросов к 2050 г.
• В 2011 году Европейская комиссия в сотрудничестве с авиакомпаниями и производителями биотоплива запустила «Траектория полета европейского передового биотоплива” в качестве дорожной карты для производства 2 миллионов тонн SAF в год до 2020 года. Инициатива Flightpath поддерживает и продвигает производство, хранение и распространение SAF. Однако производственный план не был выполнен. В качестве самых больших препятствий были определены экономические, политические и рыночные вопросы.
• Другие проекты и инициативы, такие как «Bioport Holland»[1] или IATA[1], также направлены на поддержку производства SAF в Европе. Например. IATA ввела три цели по выбросам для всей авиационной отрасли. Один из них — сократить чистые выбросы вдвое к 2050 году по сравнению с 2005 годом.

Драйверы и возможности

Барьеры и вызовы

• Декарбонизация. Основной движущей силой SAF является декарбонизация авиационного сектора для достижения климатических целей.
• Ценообразование на выбросы углерода и равные условия игры (без налоговых льгот) могут сократить разрыв в цене между CAF и SAF.

• Отсутствие политических стимулов для SAF и, как следствие, отсутствие финансирования
• Отсутствие долгосрочной политики. Длительный и дорогостоящий процесс сертификации требует стабильной долгосрочной политики.
• Разрыв в цене между CAF и SAF. Стоимость SAF примерно в 3-9 раз выше, чем у CAF. Кроме того, текущей цены на углерод ETS недостаточно, чтобы заполнить этот пробел.