Технологии для замены авиационного керосина на экологичное топливо

Авиаперевозки - далеко не самый большой источник парниковых газов. Их доля составляет около 2,5%. После спада, вызванного Covid-19, авиаперевозки снова растут. Выбросы от использования авиационного керосина имеют большой резонанс, и с ними трудно бороться.

Для самолетов малой дальности и вместимости есть некоторые ближайшие перспективы использования электрических батарей. Но для больших самолетов "технофантазия" использования сжатого водорода либо в качестве самостоятельного реактивного топлива, либо для работы топливных элементов, останется лишь фантазией на десятилетия.

Отсюда и популярность идеи экологически чистого авиационного топлива (SAF). Это "волшебное вещество" будет соответствовать существующему топливу по всем параметрам и станет заменой авиационному керосину. Вместо перегонки из сырой нефти, SAF будет вырабатываться прямо или косвенно из углекислого газа.

Авиакомпании уже совершили около 450 000 рейсов, используя SAF как часть топливного баланса. SAF кажется единственным практичным способом достичь углеродной нейтральности в авиационной отрасли к 2050 году. Но производство SAF - задача не из легких. Нужно уловить выхлопные газы двигателя и превратить их в нечто похожее на то, что было в двигателе изначально. Пока результат получается примерно в 3 раза дороже, чем обычное авиационное топливо. Однако технологии создания экологически чистого авиационного топлива уже существует:

Гидроочистка масел и жиров

Крупнейшим производителем гидроочищенного SAF из переработанных кулинарных масел и жиров является финская компания Neste:

• расширяет завод в Роттердаме для производства SAF,
• увеличивает специально построенный завод в Порвоо, в Финляндии,
• к концу 2023 года Neste планирует добывать 1,9 млрд. литров SAF в год - в 15 раз больше общего объема мирового производства в 2021 году, но менее 2% мирового потребления авиационного топлива.

В июле 2022 года авиакомпания American Airlines получила первую партию экологически чистого SAF в рамках CORSIA (программа компенсации и сокращения выбросов углерода для международной авиации. Устанавливает стандарты выбросов для авиации. - прим. переводчика)

Американская компания World Energy использует для изготовления экологичного авиационного топлива бывший нефтеперерабатывающий завод в Парамаунте, штат Калифорния. Завод был переоборудован в 2016 году "зеленым" предпринимателем Bryan Sherbacow и стал первым заводом по коммерческой выработке SAF. Для расширения производства компания World Energy объединилась с Air Products, специализирующейся на промышленных газах, и инженерной компанией Honeywell. К 2025 году они рассчитывают производить около 1,3 млрд. литров SAF в год.

Расширению гидроочистки кулинарных масел и жиров препятствует наличие сырья. Для серьезного вклада в рынок реактивного топлива необходимо закупать свежие масла и жиры. Это повысит цены, увеличит количество плантаций масличных пальм и создаст проблемы для экологии.

"Зеленая нефть"

Bryan Sherbacow стремится расширить спектр отходов, которые можно превратить в SAF. Его новый проект Alder Fuels использует отходы лесного и сельского хозяйства. "Биомасса" отходов состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина - трех структурных полимеров, составляющих скелет растений.

Структурные полимеры расщепляются под воздействием тепла. Результат конденсируется в богатую углеводородами жидкость - "зеленую нефть". Её можно перерабатывать в SAF на существующих нефтеперерабатывающих заводах. Компания Boeing будет использовать некоторые из своих самолетов для тестирования и проверки результатов. Alder Fuels планирует начать коммерческое производство в 2024 году.

Большие объемы биомассы дорого собирать, транспортировать и хранить. Alder Fuels планирует использовать систему "ступицы и спицы". Перерабатывающие заводы находятся на концах спиц, рядом с источниками биомассы. Полученная "зеленая нефть" перевозится в танкерах на нефтеперерабатывающий завод в центре.

Отходы лесного и сельского хозяйства достаточно многочисленны в США - могут обеспечить 3/4 текущего спроса страны на авиационное топливо. И не нужно создавать новые плантации или конкурировать с продуктами питания.

Синтез-газ

Другие компании предлагают иную стратегию - фиксировать углекислый газ непосредственно на промышленном предприятии. Наиболее популярный подход к такой прямой фиксации - преобразование энергии в жидкость. Позволяет получать так называемое "электронное топливо". В процессе превращения энергии в жидкость создается синтез-газ: смесь водорода и монооксида углерода.

Составляющие синтез-газа при соответствующей температуре, давлении и катализаторе вступают в реакцию. В результате образуются углеводороды и вода. Этот процесс называется процессом Фишера-Тропша, по имени немецких химиков, которые изобрели его в 1920-х годах. Синтез-газ использовался Германией во время Второй мировой войны для переработки угля в жидкое топливо и компенсации отсутствие у страны доступа к нефти.

Если затем использовать возобновляемую электроэнергию для получения водорода путем электролиза воды, то полученное "электронное топливо" будет довольно экологичным. Норвегия одна из стран, богатая возобновляемой электроэнергиией: гидроэнергетикой и ветроэнергетикой. Именно здесь консорциум Norsk e-Fuel строит завод по производству SAF. Выроботка 12,5 млн литров в год должно начаться в 2024 году.

Еще один источник возобновляемой энергии - солнце. Швейцарская компания Synhelion использует поле зеркал для выработки синтез-газа: преобразование воды в водород и углекислого газа в монооксид углерода.

17 августа 2022 года Synhelion объявила о производстве синтез-газа в "промышленных масштабах". В 2023 года компания планирует поставлять синтез-газ с завода в Кельне авиакомпаниям группы Lufthansa. В 2025 года компания планирует открыть еще один завод в Испании - стране с более высоким уровнем солнечного света. К 2030 году объем может вырасти до 850 млн. литров в год - достаточно для удовлетворения половины потребностей швейцарских авиакомпаний. Целевой показатель к 2040 году - 50 млрд. литров в год - серьезно повлияет на рынок авиационного топлива.

В рамках отдельного проекта Synhelion объединилась с мексиканской компанией Cemex, крупнейшим в мире производителем цемента. В процессе изготовления цемента выделяется углекислый газ, который можно использовать в качестве сырья для производства синтез-газа. Обе компании намерены построить пробный завод в Мексике и извлекать экологическую ценность из продукта, который в противном случае превратился бы в отходы.

Нефтяные компании также стремятся принять участие в разработке экологичного авиационного топлива. Испанская компания Repsol объединилась с Saudi Aramco для строительства завода в Бильбао, который будет производить экологичное топливо не только для самолетов, но и для автомобилей, грузовиков и лодок, используя экологически чистый водород и CO2. Открытие завода запланировано на 2024 год.

Биотехнологии

Одна из идей - прямое использование фотосинтеза путем создания одноклеточных водорослей для создания обычных капельных соединений. Другая идея - совершенно нетрадиционная биоинженерная технология получения капельной жидкости на основе молекулы, вырабатываемой бактериями для защиты от грибков. Пока эти технологии ограничиваются лабораторными исследованиями.

Стремление к экологичному будущему

По словам Sebastian Mikosz, руководителя отдела экологии и устойчивого развития IATA (Международная ассоциация воздушного транспорта. Поддерживает авиацию, устанавливает глобальные стандарты безопасности, надежности, эффективности и устойчивости - прим. переводчика):

"...не нужно полностью заменять стандартное авиационное топливо для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. На долю SAF может приходиться 65% снижения выбросов углекислого газа в авиации. Остальное - за счет электрических и водородных самолетов, эффективной работы авиакомпаний, компенсации выбросов и улавливания углерода. Для этого к середине 21 века потребуется 450 млрд. литров экологичного авиационного топлива в год.

Масштабирование производства SAF до такого уровня может потребовать государственного стимулирования. Переход к чистой энергии создаст новые сырьевые сверхдержавы. Администрация президента США объявила о налоговых льготах и других стимулах для компаний изготовителей SAF в рамках нового законопроекта о расходах страны.

Евросоюз вместо пряника использует кнут. Государствам ЕС предлагается установить целевые показатели использования SAF в отдельных аэропортах. Предполагается рост показателей с 2% в 2025 году до 85% к 2050 году.

Если правильно подобрать стимулы для расширения выработки SAF и снижения затрат, наступит момент, когда чувствительные к окружающей среде люди смогут садиться в самолет с чистой совестью.

Источник: The Economist