Авиационное биотопливо (также известное как биореактивное топливо [1] или биоавиационное топливо (BAF) [2] ) — это биотопливо, используемое для питания самолетов и являющееся устойчивым авиационным топливом (SAF). Международная ассоциация воздушного транспорта (IATA) считает его ключевым элементом в снижении воздействия авиации на окружающую среду . [3] Авиационное биотопливо используется для декарбонизации средних и дальних авиаперелетов. Эти типы перелетов генерируют наибольшее количество выбросов и могут продлить срок службы старых типов самолетов за счет снижения их углеродного следа. Синтетический парафиновый керосин (SPK) относится к любому топливу не на основе нефти, разработанному для замены керосинового реактивного топлива , которое часто, но не всегда, производится из биомассы.
Биотопливо — это топливо, полученное из биомассы растений, животных или отходов; в зависимости от того, какой тип биомассы используется, оно может снизить выбросы CO2 на 20–98% по сравнению с обычным реактивным топливом . [4] Первый испытательный полет с использованием смешанного биотоплива состоялся в 2008 году, а в 2011 году смешанное топливо с 50% биотоплива было разрешено на коммерческих рейсах. В 2023 году производство SAF составило 600 миллионов литров, что составляет 0,2% от мирового потребления реактивного топлива. [5]
Авиационное биотопливо может быть получено из растительных или животных источников, таких как ятрофа , водоросли , жир , отработанные масла, пальмовое масло , бабассу и рыжик (био-SPK); из твердой биомассы с использованием пиролиза, обработанной с помощью процесса Фишера-Тропша (FT-SPK); с помощью процесса спирт -в-струю (ATJ) из отходов ферментации; или из синтетической биологии через солнечный реактор . Малые поршневые двигатели могут быть модифицированы для сжигания этанола .
Устойчивое биотопливо является альтернативой электротопливу . [6] Устойчивое авиационное топливо сертифицировано как устойчивое сторонней организацией.
Технология SAF сталкивается со значительными проблемами из-за ограничений по исходному сырью. Масла и жиры, известные как гидроочищенные эфиры и жирные кислоты (Hefa), имеющие решающее значение для производства SAF, находятся в ограниченном количестве по мере роста спроса. Хотя передовая технология e-fuels , которая объединяет отходы CO2 с чистым водородом , представляет собой многообещающее решение, она все еще находится в стадии разработки и требует высоких затрат. Чтобы преодолеть эти проблемы, разработчики SAF изучают более легкодоступное исходное сырье, такое как древесная биомасса и сельскохозяйственные и муниципальные отходы, стремясь производить реактивное топливо с низким содержанием углерода более устойчиво и эффективно. [7] [8]
Растения поглощают углекислый газ по мере роста, поэтому биотопливо на растительной основе выделяет столько же парниковых газов , сколько поглощало ранее. Однако производство, переработка и транспортировка биотоплива выделяют парниковые газы, что снижает экономию выбросов. [2] Биотопливо с наибольшей экономией выбросов получают из фотосинтетических водорослей (экономия 98%), хотя технология не разработана, а также из непродовольственных культур и лесных отходов (экономия 91–95%). [2]
Масло ятрофы , непищевое масло, используемое в качестве биотоплива, снижает выбросы CO2 на 50–80% по сравнению с Jet-A1, топливом на основе керосина . [9] Ятрофа, используемая для биодизеля , может процветать на маргинальных землях , где большинство растений дают низкую урожайность . [10] [11] Оценка жизненного цикла ятрофы показала, что биотопливо может сократить выбросы парниковых газов до 85%, если используются бывшие агро-пастбищные земли, или увеличить выбросы до 60%, если преобразуются естественные леса. [12]
Выращивание пальмового масла ограничено скудными земельными ресурсами, а его расширение на лесные угодья приводит к потере биоразнообразия , а также к прямым и косвенным выбросам из-за изменения землепользования . [2] Возобновляемые продукты корпорации Neste включают остатки переработки пищевого пальмового масла, маслянистые отходы, снятые со сточных вод завода по производству пальмового масла . Другие источники Neste — это использованное растительное масло из фритюрниц и животные жиры. [13] Устойчивое авиационное топливо Neste используется авиакомпанией Lufthansa ; [14] Air France и KLM объявили о целях SAF 2030 в 2022 году [15], включая многолетние контракты на закупку на общую сумму более 2,4 млн тонн SAF у Neste, TotalEnergies и DG Fuels. [16]
Авиационное топливо из сырья, полученного из влажных отходов («VFA-SAF»), обеспечивает дополнительную экологическую выгоду. Влажные отходы состоят из отходов со свалок, шлама с очистных сооружений, сельскохозяйственных отходов, смазок и жиров. Влажные отходы можно преобразовать в летучие жирные кислоты (VFA), которые затем можно каталитически модернизировать до SAF. Влажные отходы являются недорогим и обильным сырьем, с потенциалом заменить 20% ископаемого реактивного топлива в США. [17] Это уменьшает необходимость выращивать сельскохозяйственные культуры специально для топлива, что само по себе является энергоемким и увеличивает выбросы CO2 на протяжении всего его жизненного цикла. Сырье из влажных отходов для SAF отводит отходы от свалок. Отвод имеет потенциал для устранения 17% выбросов метана в США во всех секторах. Углеродный след VFA-SAF на 165% ниже, чем у ископаемого авиационного топлива. [ 17] Эта технология находится в зачаточном состоянии; хотя стартапы работают над тем, чтобы сделать это жизнеспособным решением. Alder Renewables, BioVeritas и ChainCraft — вот лишь несколько организаций, занимающихся этой деятельностью.
NASA определило, что 50% авиационной биотопливной смеси может сократить выбросы твердых частиц, вызванные воздушным движением, на 50–70%. [18] Биотопливо не содержит соединений серы и, следовательно, не выделяет диоксид серы . [ необходима ссылка ]
Этот раздел необходимо обновить . Причина указана: множество планов, объявленных много лет назад. Нет информации о том, были ли эти планы реализованы. ( март 2024 г. ) |
Первый полет с использованием смешанного биотоплива состоялся в 2008 году. [19] Virgin Atlantic использовала его для полетов на коммерческих авиалайнерах, используя в качестве сырья такие материалы, как водоросли . [20] Авиакомпании, представляющие более 15% отрасли, сформировали Группу пользователей устойчивого авиационного топлива при поддержке таких НПО, как Совет по защите природных ресурсов и Круглый стол по устойчивому биотопливу к 2008 году. Они обязались разрабатывать устойчивое биотопливо для авиации. [21] В том же году Boeing был сопредседателем Организации по биомассе водорослей , к которой присоединились авиаперевозчики и разработчик биотопливных технологий UOP LLC (Honeywell). [22]
В 2009 году ИАТА взяла на себя обязательство достичь углеродно-нейтрального роста к 2020 году и сократить выбросы углерода вдвое к 2050 году. [23]
В 2010 году компания Boeing объявила о своей цели к 2015 году достичь 1% мирового рынка авиационного топлива. [24]
К июню 2011 года пересмотренная Спецификация для авиационного турбинного топлива, содержащего синтезированные углеводороды ( ASTM D7566), позволила коммерческим авиакомпаниям смешивать до 50% биотоплива с обычным реактивным топливом. [25] Безопасность и эксплуатационные характеристики реактивного топлива, используемого на пассажирских рейсах, сертифицированы ASTM International . [26] Биотопливо было одобрено для коммерческого использования после многолетнего технического обзора от производителей самолетов , двигателей и нефтяных компаний . [27] После этого некоторые авиакомпании экспериментировали с биотопливом на коммерческих рейсах. [28] По состоянию на июль 2020 года было опубликовано семь приложений к D7566, включая различные типы биотоплива: [29]
В декабре 2011 года FAA выделило 7,7 млн долларов США восьми компаниям на разработку возобновляемых видов топлива, в частности, из спиртов , сахаров, биомассы и органических веществ , таких как пиролизные масла , в рамках своих программ CAAFI и CLEEN . [30]
Поставщик биотоплива Solena подал заявление о банкротстве в 2015 году. [31]
К 2015 году велись исследования по выращиванию метиловых эфиров жирных кислот и алкенонов из водорослей Isochrysis . [32]
В 2016 году Томас Брюк из Мюнхенского технического университета прогнозировал, что к 2050 году водорослевое выращивание сможет обеспечить 3–5 % потребностей в реактивном топливе. [33]
Осенью 2016 года Международная организация гражданской авиации объявила о планах по принятию многочисленных мер, включая разработку и внедрение экологически чистых видов авиационного топлива. [34]
Десятки компаний получили сотни миллионов венчурного капитала с 2005 по 2012 год для добычи нефтяного топлива из водорослей, некоторые обещали конкурентоспособное по цене топливо к 2012 году и производство 1 миллиарда галлонов США (3,8 миллиона м3 ) к 2012-2014 годам. [35] К 2017 году большинство компаний исчезли или изменили свои бизнес-планы , чтобы сосредоточиться на других рынках. [35]
В 2019 году 0,1% топлива было SAF: [36] Международная ассоциация воздушного транспорта (IATA) поддержала принятие устойчивого авиационного топлива, поставив цель в 2019 году достичь доли 2% к 2025 году: 7 миллионов м3 ( 1,8 миллиарда галлонов США). [37] [19]
К тому году Virgin Australia заправила более 700 рейсов и пролетела более миллиона километров, как внутренних, так и международных, используя спиртовое топливо Gevo. [ 39] Virgin Atlantic работала над регулярным использованием топлива, полученного из отработанных газов сталелитейных заводов , совместно с LanzaTech . [40] British Airways хотела перерабатывать бытовые отходы в реактивное топливо с помощью Velocys . [40] United Airlines обязалась поставлять 900 миллионов галлонов США (3 400 000 м 3 ) экологически чистого авиационного топлива в течение 10 лет от Fulcrum BioEnergy (из 4,1 миллиарда галлонов США (16 000 000 м 3 ) потребления топлива в 2018 году), после инвестиций в размере 30 миллионов долларов в 2015 году. [40]
С 2020 года Qantas планировала использовать смесь биотоплива SG Preston в соотношении 50/50 на своих рейсах Лос-Анджелес-Австралия. SG Preston также планировала поставлять топливо JetBlue Airways в течение 10 лет. [40] На своих площадках в Сингапуре , Роттердаме и Порвоо финская Neste рассчитывала увеличить свои мощности по производству возобновляемого топлива с 2,7 до 3,0 млн т (от 6,0 до 6,6 млрд фунтов) в год к 2020 году и увеличить свои мощности в Сингапуре на 1,3 млн т (2,9 млрд фунтов) до 4,5 млн т (9,9 млрд фунтов) в 2022 году, инвестировав 1,4 млрд евро (1,6 млрд долларов). [40]
К 2020 году International Airlines Group инвестировала 400 миллионов долларов в переработку отходов в устойчивое авиационное топливо с помощью Velocys . [41]
В начале 2021 года генеральный директор Boeing Дэйв Кэлхун заявил, что альтернативное устойчивое авиационное топливо является «единственным ответом на период до 2050 года» для сокращения выбросов углерода. [42] В мае 2021 года Международная ассоциация воздушного транспорта (ИАТА) поставила перед авиационной отраслью цель достичь нулевых выбросов углерода к 2050 году, при этом ключевым компонентом является SAF. [43]
Закон о снижении инфляции 2022 года ввел программу грантов Fueling Aviation's Sustainable Transition (FAST). Программа предоставляет гранты на сумму 244,5 млн долларов США на «производство, транспортировку, смешивание и хранение», связанные с SAF. [44] В ноябре 2022 года устойчивое авиационное топливо было темой на COP26 . [45]
По состоянию на 2023 год 90% биотоплива производилось из масличных семян и сахарного тростника, которые выращивались исключительно для этой цели. [46]
Реактивное топливо представляет собой смесь различных углеводородов . Смесь ограничивается требованиями к продукту, например, точкой замерзания и точкой дымления . Реактивное топливо иногда классифицируется как керосиновое или нафта -типа. Топливо типа керосина включает Jet A, Jet A-1, JP-5 и JP-8. Реактивное топливо типа нафты, иногда называемое «широкополосным» реактивным топливом, включает Jet B и JP-4.
Биотопливо «drop-in» — это биотопливо, которое взаимозаменяемо с обычными видами топлива. Получение реактивного топлива «drop-in» из источников на биологической основе одобрено ASTM двумя способами. ASTM обнаружило, что безопасно добавлять 50% SPK в обычные реактивные топлива. [47] [26] Были проведены испытания со смешиванием синтетического парафинового керосина (SPK) в значительно более высоких концентрациях. [48]
Системы, использующие синтетическую биологию для создания углеводородов, находятся в стадии разработки:
Малые поршневые двигатели могут быть модифицированы для сжигания этанола . [64] Swift Fuel , биотопливо, альтернативное авиационному бензину , было одобрено ASTM International в качестве испытательного топлива в декабре 2009 года. [65] [66]
Материалы на основе нитрильного каучука расширяются в присутствии ароматических соединений, содержащихся в обычном нефтяном топливе. Чистое биотопливо, не смешанное с нефтью и не содержащее парафиновых добавок, может привести к усадке резиновых уплотнений и шлангов. [67] Доступны синтетические заменители каучука, на которые не оказывает отрицательного воздействия биотопливо, например, Viton , для уплотнений и шлангов. [68]
Военно -воздушные силы США обнаружили вредные бактерии и грибки в своих самолетах, работающих на биотопливе, и используют пастеризацию для их дезинфекции. [69]
В 2019 году Международное энергетическое агентство прогнозировало, что производство SAF должно вырасти с 18 до 75 миллиардов литров в период с 2025 по 2040 год, что составит от 5% до 19% доли авиационного топлива. [19] К 2019 году себестоимость производства ископаемого реактивного топлива составляла 0,3–0,6 долл. США за литр при стоимости барреля сырой нефти 50–100 долл . США, в то время как себестоимость производства авиационного биотоплива составляла 0,7–1,6 долл. США, а для безубыточности требовался баррель сырой нефти стоимостью 110–260 долл. США . [19]
По состоянию на 2020 год [обновлять]авиационное биотопливо было дороже, чем ископаемый реактивный керосин [1], учитывая налоги и субсидии в сфере авиации на тот момент. [70]
По данным анализа 2021 года, себестоимость безубыточности VFA-SAF составила 2,50 долл. США/галлон США (0,66 долл. США/л). [17] Эта цифра была получена с учетом действующих на тот момент кредитов и стимулов, таких как кредиты LCFS (стандарт низкоуглеродного топлива) Калифорнии и стимулы Стандарта возобновляемого топлива Агентства по охране окружающей среды США (EPA).
Устойчивое биотопливо не использует продовольственные культуры , первоклассные сельскохозяйственные земли или пресную воду. Устойчивое авиационное топливо (SAF) сертифицировано третьей стороной, такой как Roundtable For Sustainable Biofuels . [71]
По состоянию на 2022 год около 450 000 рейсов использовали устойчивое топливо в составе топливной смеси, хотя такое топливо было примерно в 3 раза дороже традиционного ископаемого реактивного топлива или керосина . [72]
Сертификация устойчивости SAF гарантирует, что продукт соответствует критериям, ориентированным на экологические, социальные и экономические соображения « тройного конца ». Согласно многим схемам регулирования выбросов, таким как Схема торговли выбросами Европейского союза (EUTS), сертифицированный продукт SAF может быть освобожден от расходов на соблюдение обязательств по выбросам углерода. [73] Это незначительно повышает экономическую конкурентоспособность SAF по сравнению с ископаемым топливом. [74]
Первым авторитетным органом, запустившим систему сертификации устойчивого биотоплива, стала европейская неправительственная организация «Круглый стол по устойчивым биоматериалам» (RSB). [75] Ведущие авиакомпании и другие участники Группы пользователей устойчивого авиационного топлива (SAFUG) обязались поддерживать RSB как своего предпочтительного поставщика сертификации. [76] [77]
Некоторые пути SAF приобрели пути RIN в соответствии со стандартом возобновляемого топлива США , который может служить неявной сертификацией, если RIN представляет собой Q-RIN .
Этот раздел включает список общих ссылок , но в нем недостаточно соответствующих встроенных ссылок . ( Февраль 2023 ) |
По мере появления схем торговли выбросами и других режимов соблюдения углеродных норм некоторые виды биотоплива, вероятно, будут освобождены («нулевая ставка») правительствами от соблюдения требований из-за их замкнутой природы, если они смогут продемонстрировать соответствующие полномочия. Например, в EUTS было принято предложение SAFUG [78] о том, что только топливо, сертифицированное как устойчивое RSB или аналогичным органом, будет иметь нулевую ставку. [79] SAFUG была сформирована группой заинтересованных авиакомпаний в 2008 году под эгидой Boeing Commercial Airplanes . Авиакомпании-члены представляли более 15% отрасли и подписали обязательство работать в направлении SAF. [80] [81]
Помимо сертификации SAF, добросовестность производителей авиационного биотоплива и их продукции может быть оценена такими средствами, как Carbon War Room Ричарда Брэнсона [82] или инициатива Renewable Jet Fuels. [83] Последняя работает с такими компаниями, как LanzaTech, SG Biofuels, AltAir, Solazyme и Sapphire. [84] [ требуется проверка ]
Вместе со своими соавторами Канделария Бергеро из кафедры наук о системе Земли Калифорнийского университета заявила , что «основные проблемы масштабирования такого устойчивого производства топлива включают в себя затраты на технологию и эффективность процесса», а широкомасштабное производство подорвет продовольственную безопасность и землепользование . [85]
Аббревиатура | Процесс преобразования | Возможные виды сырья | Соотношение смешивания | Предложения/проекты по коммерциализации |
---|---|---|---|---|
ХЕФА-СПК | Синтезированный парафиновый керосин, полученный из гидроочищенных эфиров и жирных кислот | Био-масла, животные жиры, переработанные масла | 50% | Мировая энергетика, универсальные нефтяные продукты , Neste , Dynamic Fuels, EERC |
ФТ-СПК | Синтезированный парафиновый керосин, гидроочищенный по Фишеру-Тропшу | Уголь, Природный газ, Биомасса | 50% | Fulcrum Bioenergy, Red Rock Biofuels, SG Preston, Kaidi Finland , Sasol , Shell Oil Company , Syntroleum |
SIP-HFS | Синтезированные керосиновые изопарафины, полученные из гидроочищенных ферментированных сахаров | Сахар, полученный из биомассы | 10% | Amyris (компания) , Total SA |
СПК/А | Синтезированный керосин с ароматическими соединениями, полученный путем алкилирования легких ароматических соединений из ненефтяных источников | Уголь, Природный газ, Биомасса | 50% | Сасол |
ATJ-SPK | Спирт-реактивный синтетический парафиновый керосин | Этанол или изобутанол, полученный из биомассы | 50% | Gevo , Cobalt, Universal Oil Products , Lanzatech, шведское биотопливо, Byogy |
Пересмотр D7566 добавляет биопроизводные компоненты
{{cite web}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite web}}
: CS1 maint: archived copy as title (link)Синтетический парафиновый керосин из спирта в реактивный двигатель — проверенный путь к предоставлению путешественникам биотоплива с низким уровнем выбросов углерода
Устойчивое авиационное топливо как путь к нулевой авиации
Некоммерческий аналитический/практический центр, сосредоточенный на [...] рыночной трансформации мировой системы воздушного транспорта в направлении [...] устойчивого долгосрочного будущего
Nordic association работает над продвижением и развитием более устойчивой авиационной промышленности, уделяя особое внимание альтернативным устойчивым видам топлива.
RSB поддерживает развитие устойчивой биоэкономики.